专利名称：一种用于正电子发射断层扫描仪调试与校准的信号发生器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于核医学技术领域，涉及一种用于正电子发射断层扫描仪调试与校 准的信号发生器。
背景技术：
正电子发射断层扫描仪(Positron Emission Tomography, PET)是在分子水平上 利用影像技术研究人体心脑代谢和受体功能的一种最先进的设备。PET系统由机械系统、探 测器环、电子线路、数据采集与处理系统、计算机系统、以及相应的图像重建和图像处理软 件系统等构成。PET利用其封闭环绕型探测器阵列对注入人体药物所引发的背对背的一对 Y光子进行符合测量，利用计算机对符合测量形成投影线L0R(Line of Response)进行图 像重建可求解出人体内部横断面放射性分布。PET对人体组织进行功能成像的原理，以及其 高精密性和高复杂性，决定了它是分子影像诊断仪器中最可靠、最先进的设备之一。由于PET的复杂性和精密性，在PET的研发过程中存在许多的不确定，导致了 PET 的研发难度大；同时，后端信号处理电路的研发依赖于前端探测器的输出信号，在前端探 测器尚未定型时，后端信号处理电路的研发将受到限制，从而将延长PET的研发周期；由于 PET是复杂精密的大型医用诊断设备，定期要做性能测试和重新标定(调试)，不断更新校 正参数以确保系统处于良好的工作状态，这在实际操作中的需要花费大量的人力物力；此 外，由于存在器件老化、误差积累，甚至不正当操作或不可预料事件等问题，PET可能发生故 障，需要进行故障检测和维修，但PET本身的复杂性决定了其维修时间很长。这些方面的问 题，都将造成在PET的研发、安装、调试和检验过程中，困难大，周期长，成本高。因此急需一 种工具解决这些问题。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于正电子发射断层扫描仪调试与 校准的信号发生器，根据正电子发射断层扫描仪工作状态中的采集信号或仿真信号产生特 定的脉冲信号，提供给正电子发射断层扫描仪符合判断电路分析、处理，从而降低正电子发 射断层扫描仪的研发难度，缩短维修时间。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案。一种用于正电子发射断层扫描仪调试与校准的信号发生器，其特征在于，所述信 号发生器包括数据输入模块，数据处理及信号发生模块，数据输出模块；所述数据输入模块 用以将正电子发射断层扫描仪工作状态中的采集信号或仿真信号传送到数据处理及信号 发生模块；数据处理及信号发生模块用以接收处理所述采集信号或仿真信号，生成所需的 脉冲信号；所述数据处理及信号发生模块包括FPGA，振荡器；所述FPGA包括第一区域单元 UlA,第二区域单元U1B，第三区域单元U1C，第四区域单元UlD 所述第一区域单元UlA用以 配置FPGA ；所述第二区域单元UlB和第三区域单元UlC均为FPGA的输入输出接口 ；所述第 四区域单元UlD为电源接入端和接地端；所述振荡器分别与所述第一区域单元U1A、第二区域单元UlB和第三区域单元UlC相连，用以提供时钟振荡脉冲控制各区域单元的时序；数据 输出模块用以将所述脉冲信号发送给正电子发射断层扫描仪。作为本实用新型的一种优选方案，所述数据处理及信号发生模块还包括System ACE器件，所述System ACE器件与所述第二区域单元UlB相连，用以辅助配置FPGA。作为本实用新型的另一种优选方案，所述数据输入模块包括UART装置，USB接口， CF卡；所述UART装置与所述第三区域单元UlC相连，用以将输入数据串行输入给所述第三 区域单元UlC ；所述USB接口与所述第三区域单元UlC相连，用以将输入数据传输给所述第 三区域单元UlC ；所述CF卡通过所述System ACE器件与所述第二区域单元UlB相连，用以 在所述System ACE器件的辅助下传输数据给所述第二区域单元U1B。作为本实用新型的再一种优选方案，所述数据输出模块包括单端输入/输出接 口，差分输入/输出接口，同轴电缆输入/输出接口 ；所述单端输入/输出接口与所述第二 区域单元UlB相连，用以输入/输出单端脉冲信号；所述差分输入/输出接口与所述第三区 域单元UlC相连，用以输入/输出差分脉冲信号；所述同轴电缆输入/输出接口与所述第二 区域单元UlB和第三区域单元UlC相连，用以输入/输出同轴电缆脉冲信号。本实用新型的有益效果在于本实用新型通过对正电子发射断层扫描仪的模拟， 可以在正电子发射断层扫描仪研发过程中提供各种数据源信号，简化研发工作，缩短研发 周期；同时，可以在正电子发射断层扫描仪安装调试及保养检修过程中提供有效的系统校 正、故障点判断等功能，降低维修难度，缩短维修时间。
图1为本实用新型所述的信号发生器的系统框图；图2为所述FPGA的内部连接关系示意图；图3为所述信号发生器产生的部分时间LVDS脉冲的波形示意图。主要组件符号说明1、数据输入模块；2、数据处理及信号发生模块；3、数据输出模块；11、UART装置；12、USB 接口；13、CF 卡；21、振荡器；22、System ACE 器件；31、单端输入/输出接口 ； 32、差分输入/输出接口 ；33、同轴电缆输入/输出接口。
具体实施方式
本实用新型旨在减少正电子发射断层扫描仪研发过程中的不确定性，降低研发难 度，缩短研发周期，同时，可以在正电子发射断层扫描仪安装调试过程中，提供有效的故障 点判断、系统校正等功能，降低维修难度，缩短维修时间。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细说明。实施例一本实施例提供一种用于正电子发射断层扫描仪调试与校准的信号发生器，如图1 所示，数据从UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用异步接收/发送装置)、USB或者CF卡传送到FPGA (Field-Programmable GateArray,现场可编程门阵列)， 在FPGA中对数据进行分析，通过FPGA内部的FIFO (First Input First Output，先入先出 队列)、缓冲存储器(Buffer)以及众多的逻辑单元对输入的数据进行缓存、排序、同步、编 译从而生成所需的脉冲波形，然后通过单端输出接口、差分输出接口、或同轴电缆输出接口 输出到正电子发射断层扫描仪。所述信号发生器的电路结构如图1和图2所示，该信号发生器可以分为数据输入 模块1、数据处理和信号发生模块2、以及数据输出模块3三个模块；所述数据输入模块用以 将正电子发射断层扫描仪工作状态中的采集信号或仿真信号传送到数据处理及信号发生 模块；数据处理及信号发生模块用以接收处理所述采集信号或仿真信号，生成所需的脉冲 信号；数据输出模块用以将所述脉冲信号发送给正电子发射断层扫描仪。所述数据输入模块1包括UART装置11，USB接口 12，CF卡13 ；所述UART装置 11与所述第三区域单元UlC相连，用以将输入数据串行输入给所述第三区域单元UlC ；所 述USB接口 12与所述第三区域单元UlC相连，用以将输入数据传输给所述第三区域单元 UlC ；所述CF卡13通过所述System ACE器件22与所述第二区域单元UlB相连，用以在所 述System ACE器件22的辅助下传输数据给所述第二区域单元U1B。数据输入模块1是将 数据通过UART、USB、CF卡等多种途径传送到数据处理和信号发生模块2的，这里的数据主 要是指由fete仿真正电子发射断层扫描仪工作状态下接收到的或者正电子发射断层扫描 仪工作中实际采集到的信号经过转换得到的符合该信号发生器输入数据格式的数据。所述数据处理及信号发生模块2包括FPGA，振荡器21，System ACE器件22 ；所述 FPGA包括第一区域单元U1A，第二区域单元U1B，第三区域单元U1C，第四区域单元UlD 所 述第一区域单元UlA用以配置FPGA ；所述第二区域单元UlB和第三区域单元UlC均为FPGA 的输入输出接口 ；所述第二区域单元UlB还连接有拨码开关，用以实现FPGA的手动配置； 所述第四区域单元UlD为电源接入端和接地端；所述振荡器21分别与所述第一区域单元 U1A、第二区域单元UlB和第三区域单元UlC相连，用以提供时钟振荡脉冲控制各区域单元 的时序；所述System ACE器件22与所述第二区域单元UlB相连，用以辅助配置FPGA。FPGA 对接收到的数据进行缓存、排序、同步、编译，然后通过数据输出模块3输出包含输入数据 时序及数值信息的脉冲，这些脉冲通常以TTL电平或者LVDS电平发送，脉冲宽度通常设置 为5ns，电平类型和脉冲宽度可以通过FPGA内部编程调整。所述数据输出模块3包括单端输入/输出接口 31，差分输入/输出接口 32，同轴 电缆输入/输出接口 33 ；所述单端输入/输出接口 31与所述第二区域单元UlB相连，用以 输入/输出单端脉冲信号；所述差分输入/输出接口 32与所述第三区域单元UlC相连，用 以输入/输出差分脉冲信号；所述同轴电缆输入/输出接口 33与所述第二区域单元UlB和 第三区域单元UlC相连，用以输入/输出同轴电缆脉冲信号。实施例二本实施例提供一种利用本发明所述的信号发生器获得一个模拟脉冲的过程。在该 信号发生器产生的众多信号中，有一种专门传递探测器采集到的单次事例的时间信息的脉 冲序列。所述事件是指被PET探测器探测到的由正电子湮灭事件而产生的两个伽玛光子之 一轰击到闪烁晶体从而产生的可见光子的这一过程。所述时间信息的脉冲序列是一组十二个并行的单端信号，每一个信号(每个通道)代表一个模块采集到的单次事例的时间信息，即该模块采集到一个单次事例，其对应 的通道上就产生一个宽度为5ns的脉冲。因此每个通道上的脉冲的间隔都严格、精确地再 现了其对应模块采集到单次事例的时差关系，如图3所示，其为全部十二个通道产生的脉 冲，每一个脉冲代表一个单次事例。对于信号发生器自身来说，每个通道是等价并彼此独立 的，其产生脉冲的纵向关系和横向关系仅仅由输入的数据决定。本实用新型通过UART、USB及CF卡等途径将有特殊意义的数据传送到FPGA进行 处理，输出信号用于正电子发射断层扫描仪的符合判断电路系统的调试、校正和故障判断。 所述有特殊意义的数据是指正电子发射断层扫描仪工作中实际采集到的信号或者通过软 件仿真获得的单次事例信号，该信号经过格式转换后生成符合所述信号发生器输入格式的 数据。本实用新型在正电子发射断层扫描仪的研发调试阶段、校准阶段以及故障阶段均具 有很好的功能。实现调试的功能在正电子发射断层扫描仪研发的过程中，前端探测器模块尚未 定型的时候，即可采用本实用新型所述的信号发生器模拟产生类似于前端探测器模块输出 的数据，供后端的符合判断处理电路研发、调试之用。实现校正的功能在正电子发射断层扫描仪安装调试或者周期性例行维护的时 候，可以断开前端探测器模块与后端信号处理电路的电气连接，采用本实用新型所述的信 号发生器根据所述有特殊意义的数据模拟产生类似于前端探测器模块输出的数据，供后端 的符合判断处理电路调试、校正之用。实现故障判断的功能在正电子发射断层扫描仪出现故障的时候，可以断开前端 探测器模块与后端信号处理电路的电气连接，采用该信号发生器根据有特殊意义的数据模 拟产生类似各级后端信号处理电路输入数据格式的数据，发送至各级后端符合判断电路处 理，比较各级信号处理电路的输出情况，实现故障判断的功能。这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上 述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人 员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱 离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其他形式、结构、布置、比例， 以及用其他元件、材料和部件来实现。
权利要求1.一种用于正电子发射断层扫描仪调试与校准的信号发生器，其特征在于，所述信号 发生器包括数据输入模块，数据处理及信号发生模块，数据输出模块；所述数据输入模块用以将正电子发射断层扫描仪工作状态中的采集信号或仿真信号 传送到数据处理及信号发生模块；数据处理及信号发生模块用以接收处理所述采集信号或仿真信号，生成所需的脉冲信 号；所述数据处理及信号发生模块包括FPGA，振荡器；所述FPGA包括第一区域单元U1A，第 二区域单元U1B，第三区域单元U1C，第四区域单元UlD 所述第一区域单元UlA用以配置 FPGA ；所述第二区域单元UlB和第三区域单元UlC均为FPGA的输入输出接口 ；所述第四区 域单元UlD为电源接入端和接地端；所述振荡器分别与所述第一区域单元U1A、第二区域单 元UlB和第三区域单元UlC相连，用以提供时钟振荡脉冲控制各区域单元的时序；数据输出模块用以将所述脉冲信号发送给正电子发射断层扫描仪。
2.根据权利要求1所述的用于正电子发射断层扫描仪调试与校准的信号发生器，其特 征在于所述数据处理及信号发生模块还包括System ACE器件，所述System ACE器件与所 述第二区域单元UlB相连，用以辅助配置FPGA。
3.根据权利要求2所述的用于正电子发射断层扫描仪调试与校准的信号发生器，其特 征在于，所述数据输入模块包括UART装置，与所述第三区域单元UlC相连，用以将输入数据串行输入给所述第三区域 单元UlC ；USB接口，与所述第三区域单元UlC相连，用以将输入数据传输给所述第三区域单元UlC ；CF卡，通过所述System ACE器件与所述第二区域单元UlB相连，用以在所述System ACE器件的辅助下传输数据给所述第二区域单元U1B。
4.根据权利要求1所述的用于正电子发射断层扫描仪调试与校准的信号发生器，其特 征在于，所述数据输出模块包括单端输入/输出接口，与所述第二区域单元UlB相连，用以输入/输出单端脉冲信号；差分输入/输出接口，与所述第三区域单元UlC相连，用以输入/输出差分脉冲信号；同轴电缆输入/输出接口，与所述第二区域单元UlB和第三区域单元UlC相连，用以输 入/输出同轴电缆脉冲信号。
专利摘要本实用新型公开了一种用于正电子发射断层扫描仪调试与校准的信号发生器，该信号发生器包括数据输入模块，数据处理及信号发生模块，数据输出模块；数据输入模块将正电子发射断层扫描仪工作状态中的采集信号或仿真信号传送到数据处理及信号发生模块；数据处理及信号发生模块用来接收处理所述采集信号或仿真信号，生成所需的多通道脉冲信号；数据输出模块将所述脉冲信号发送给正电子发射断层扫描仪的符合判断处理系统。本实用新型可以在正电子发射断层扫描仪研发过程中提供各种数据源信号，简化研发工作，缩短研发周期；同时，可以在正电子发射断层扫描仪安装调试及保养检修过程中提供有效的系统校正、故障点判断等功能，降低维修难度，缩短维修时间。
文档编号A61B6/03GK201855270SQ20102057799
公开日2011年6月8日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者张骋, 李弋可, 谢舒平 申请人:上海生物医学工程研究中心