基于FPGA的數(shù)字化SPECT探頭系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、核醫(yī)學(xué)儀器在現(xiàn)代醫(yī)療領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于臨床診斷和醫(yī)學(xué)研究，它可以進行功能成像，反映器官的動態(tài)特征，對疾病特別是腫瘤的早期診斷有著重要的意義。目前臨床上應(yīng)用最廣泛的核醫(yī)學(xué)儀器是單光子發(fā)射型計算機斷層，即SPECT。 SPECT主要由探頭、旋轉(zhuǎn)運動機架、計算機及輔助設(shè)備三部分組成。其中探頭是系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集處理的部分，其主要任務(wù)是采集核素發(fā)出的γ事件，并對其進行初步選擇，將有效事件的位置信息和能量信息傳送給計算機進行后期校正和圖像重建

2、。探頭部分直接關(guān)系著系統(tǒng)的靈敏度和分辨率，影響著系統(tǒng)的精度和成像質(zhì)量。 論文主要介紹數(shù)字化SPECT探頭部分的設(shè)計。該設(shè)計中采用基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的數(shù)字電路來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬電路。將從光電倍增管中傳出的信號經(jīng)過前置放大和程控放大后直接進行高速A/D轉(zhuǎn)換輸入到FPGA中，在FPGA中完成后續(xù)運算，計算出γ事件發(fā)生的位置和能量。在FPGA中還加入硬件的能量校正和線性校正部分，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時校正。FPGA采用Altera

3、的StratixⅡ系列，它具有大量高密度的邏輯單元和豐富的數(shù)字信號處理模塊(DSP塊)，配合Altera公司的QuartusⅡ設(shè)計軟件使系統(tǒng)設(shè)計變得更容易。 本論文詳細介紹了探頭電子學(xué)部分的設(shè)計，其中包括模擬部分和數(shù)字部分。模擬部分主要由前置放大和程控放大、信號成形和高速A/D轉(zhuǎn)換構(gòu)成；數(shù)字部分主要包括FPGA部分的各個模塊設(shè)計及其仿真、系統(tǒng)的可靠性設(shè)計及優(yōu)化等方面的內(nèi)容，該部分是本文的重點和創(chuàng)新點。 采用基于FPGA的