[發明專利]用于正電子發射計算機斷層掃描的萬兆以太網傳輸系統

有效

• 申請號: 201310423135.4
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103491198A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 劉華;顏國正
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04L29/10
• 分類號: H04L29/10;A61B6/03
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種正電子發射計算機斷層掃描技術領域的系統，具體來講是一種將10G以太網傳輸技術應用于正電子發射計算機斷層掃描設備的數據采集系統的高速、大容量背板系統的數據傳輸方案。

背景技術

正電子發射計算機斷層掃描（Positron?Emission?Tomography，簡稱PET）是核醫學領域最先進的臨床影像檢查技術，PET技術是目前唯一的用解剖形態方式進行功能、代謝和受體顯像的技術，具有無創傷的特點，是目前臨床上用以診斷和指導治療腫瘤最佳手段之一。該技術依賴于對于一對光子的并發事件（同時事件）探測，并非同時抵達探測器的光子將被視為背景事件而丟棄。該技術需要對高速光子進行檢測，將高速光子信號轉變為電壓信號，將電壓信號采樣轉變為數字信號，該數字信號傳輸到計算機，計算機利用數字信號進行圖像重建，普通一次正電子發射計算機斷層成像掃描，數據量達幾百萬個事例。通過改進PET設備數據采集系統，可以獲得更多的有效并發事件，從而可以提高正電子發射計算機斷層掃描系統的分辨率。

正電子發射計算機斷層掃描系統包括前端數據采樣系統和背板系統，背板系統的功能是將前端數據采樣系統采集到的數據傳輸至計算機。前端數據采樣系統將一對光子轉變成為電壓信號進行高速采樣，獲得高速、大容量的PET數據，背板系統將這些大容量數據高速傳送至計算機。正電子發射計算機斷層掃描設備研制過程難點之一在于數據傳輸，高速采樣后得到的大容量數據，需要及時、準確地傳送至計算機。背板系統傳統設計方法通過高速數據傳輸接口如PCI、GTP、SATA、千兆以太網等實現數據傳輸，盡管這些硬件接口及其數據傳輸協議可以完成高速大容量數據傳輸，但這些硬件接口需要在計算機端編寫復雜的驅動程序及特殊應用程序，加大了PET設備開發的難度，也增加了PET設備專用軟件的研制成本。

經對現有技術檢索發現以下相關技術文獻：

1、發表在2009IEEE?Nuclear?Science?Symposium?Conference上的論文“Development?of?PET?using4x4Array?of?Large?Size?Geiger-mode?Avalanche?Photodiode”公開了一種PET設備的數據傳輸方案，該數據傳輸方案采用PCI接口，前端數據采集系統的數據直接由Nutaq數據的cPCI接口直接傳輸到計算機上，這種傳輸方案缺點在于前端數據采集與數據傳輸集中于一塊電路板，這需要對進入電路板的模擬電路板信號進行精心設計，同時前端數據采集系統受限于其數據轉換通道，當需要實現多通道數據采集，需要設計多通道的地址譯碼器，增加了電路系統設計和實現的難度。

2、發表在IEEE?Transactions?on?Nuclear?Science期刊第5卷第3期上的論文“High-speed?Data?Acquisition?and?Digital?Signal?Processing?System?for?PET?Imaging?Techniques?Applied?to?Mammography”公開了一種檢測乳腺癌的PET設備的數據采集及傳輸系統，該系統中采用高性能DSP實現轉換后的數據傳輸，在DSP上有兩個EMIF，可以確保DSP與計算機之間實現高速的DMA(Direct?Memory?Access)，確保采集后的數據的高速傳輸，這種方案增加了系統的復雜性，同時增加了數據采集和數據傳輸系統的成本。

3、瑞典Stockholm大學2007年公開的博士學位論文“FPGA?based?data?acquisition?and?digital?pulse?processing?for?PET?and?SPECT”公開了一種基于FPGA的PET數據采集及傳輸系統，在該系統中運用FPGA，利用Soft?IP，實現FPGA的高性能數據采集，采集到的數據通過USB或PCI硬件接口傳輸至計算機，這種方式對FPGA定制的IP核要求高，相應的研制成本也增加。

4、論文“Waveform-sampling?Electronics/DAQ?for?TOF?PET?Scanner”公開了一種PET數據采集和傳輸系統，這種系統利用DRS4技術，利用DRS4將模擬輸出連接至ADC，實現高速數據轉換，然后由FPGA通過千兆以太網接口將采集到的數據傳輸至計算機，這種方案的特點是運用了四個千兆以太網接口來傳輸數據，但數據傳輸速率只有1Gbps，數據傳輸速率較低。