基于TCP/IP的PET高速数据传输系统设计
发布时间：2020-12-17 01:07
肿瘤、心血管疾病和神经系统疾病是人类健康面临的重大威胁,正电子发射计算机断层扫描显像仪(PET,Positron Emission Computed Tomography)是在核技术快速发展的背景下,结合现代电子学的优势,能无创、动态、定量检测活体生理代谢的大型医疗设备。PET环状探测器由多个高效探测器模块构成,系统工作时各模块都在同时采集数据,大量的数据有助于提高PET系统的空间分辨率,从而能更精确的定位活体代谢。本文正是针对PET系统中大数据量、高速率数据传输的需求,基于成熟通用的TCP/IP协议,采用先进的千兆网络传输技术,设计并实现了正电子断层扫描仪的高速数据传输系统。论文从PET系统电子学的整体结构出发,提出了探测器前端信号高速采集电路与高速数据传输电路独立的模块化设计思路。目前PET系统数据传输方案常使用VME、PCI等总线进行数据传输,但它们不能灵活的应对拥有较多探测器模块的PET系统的修改和升级。经过调研决定采用千兆以太网技术来传输PET系统数据。本文所介绍数据传输方案的工作原理是:由高速ADC采集前端探测器产生的模拟信号。数据传输电路采用高性能的FPGA作为核心控制芯...
【文章来源】：成都理工大学四川省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
正负电子湮灭示意图
图 2-2 正电子发射断层显像工作原理随着回旋加速器的诞生，使得人工产生正电子成为可能。从正电子的半衰期以及细胞代谢所需物质的构成来看，11C、15O、18F、13N 等几种放射性同位素更适合于标记示踪剂（Queiroz M A et al,2015）。而18F 标记的氟代葡萄糖（18FDG）具有较长的半衰期和优异分子特性从而成为目前较常用的示踪剂。表 2-1 是常用示踪剂所含正电子核素的特性。表 2-1 常用示踪剂正电子核素特性正电子核素半衰期（分钟） 最大能量（MeV） 最大射程（毫米）平均射程（毫米）11C 20 0.96 5.0 0.2813N 10 1.19 5.4 0.6015O 2.0 1.70 8.2 1.1018F 110 0.64 2.4 0.2268Ga 67.8 1.89 9.1 1.3582Rb 1.3 3.35 15.6 2.60
图 2-3 探测器模块示意图（2）数据采集及传输当探测器获取到γ射线后，晶体被激发出的光子转变为电信号形式后被放大，其位置、能量、时间信息需要被记录下来做符合事件判断，从而确定电子湮灭信息。这些重要的信号是通过高速 ADC 采集的，按照既定协议格式进行数据封装再通过高速数据传输通道送入计算机进行数据处理、图像重建。（3）计算机图像重建图像重建的目的就是将前端探测器获取到的包括位置、能量、时间等信息的数据经过一系列的数学算法处理、运算生成二维或者三维的图像，方便通过可视图像信息来评估活体生理代谢。2.2 FPGA 工作原理由于本课题所设计的 PET 系统探测器是由 4 个环状探测器组成，每一个环状探测器又由 18 个探测器模块构成。整个探测器由 72 个探测器模块组成，因此
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TCP/IP协议的小动物PET数据传输系统的设计与实现[J]. 李旭朋,高翔,张欣,张琮. 科学技术与工程. 2013(01)
[2]基于FPGA的千兆以太网设计[J]. 韦宏,付友涛,孔凡鹏,孙洁,刘金涛. 现代电子技术. 2012(18)
[3]TCP包状态检测系统的硬件设计与实现[J]. 黄诚学. 舰船电子工程. 2012(04)
[4]乳腺专用PET中数据传输系统的设计[J]. 王培林,孙芸华,胡婷婷,丰宝桐,柴培,刘双全,帅磊,李可,魏书军,王宝义,魏龙,高俊雄,王耘波. 核电子学与探测技术. 2011(03)
[5]PET示踪剂的临床应用及研究进展[J]. 张宝石,周乃康,张锦明,于长海. 中国医药导刊. 2011(02)
[6]一种以太网MAC控制器的FPGA实现方法[J]. 尉志伟,赵建明,吴斌. 微计算机信息. 2010(35)
[7]基于FPGA的高速海量FIFO的设计[J]. 刘少华,陈明义. 信息技术. 2009(09)
[8]FPGA现状与发展趋势[J]. 王红,彭亮,于宗光. 电子与封装. 2007(07)
[9]小动物PET[J]. 周伟,尹端沚,汪勇先. 核技术. 2006(03)
[10]利用有限状态机分析TCP协议握手过程的安全问题[J]. 刘湘辉,殷建平,张玲,许江. 计算机工程与科学. 2002(04)
硕士论文
[1]小动物PET时间获取单元设计及时间校正研究[D]. 陈忻.华中科技大学 2013
[2]基于FPGA的UDP/IP硬件协议栈的研究与实现[D]. 叶祎恒.西安电子科技大学 2010
[3]基于千兆以太网的雷达数据高速采集与传输技术[D]. 曹书华.南京信息工程大学 2008
[4]基于PMC（PCI背卡）接口的实时数据采集卡[D]. 郑毅.电子科技大学 2004
本文编号：2921124
【文章来源】：成都理工大学四川省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
正负电子湮灭示意图
图 2-2 正电子发射断层显像工作原理随着回旋加速器的诞生，使得人工产生正电子成为可能。从正电子的半衰期以及细胞代谢所需物质的构成来看，11C、15O、18F、13N 等几种放射性同位素更适合于标记示踪剂（Queiroz M A et al,2015）。而18F 标记的氟代葡萄糖（18FDG）具有较长的半衰期和优异分子特性从而成为目前较常用的示踪剂。表 2-1 是常用示踪剂所含正电子核素的特性。表 2-1 常用示踪剂正电子核素特性正电子核素半衰期（分钟） 最大能量（MeV） 最大射程（毫米）平均射程（毫米）11C 20 0.96 5.0 0.2813N 10 1.19 5.4 0.6015O 2.0 1.70 8.2 1.1018F 110 0.64 2.4 0.2268Ga 67.8 1.89 9.1 1.3582Rb 1.3 3.35 15.6 2.60
图 2-3 探测器模块示意图（2）数据采集及传输当探测器获取到γ射线后，晶体被激发出的光子转变为电信号形式后被放大，其位置、能量、时间信息需要被记录下来做符合事件判断，从而确定电子湮灭信息。这些重要的信号是通过高速 ADC 采集的，按照既定协议格式进行数据封装再通过高速数据传输通道送入计算机进行数据处理、图像重建。（3）计算机图像重建图像重建的目的就是将前端探测器获取到的包括位置、能量、时间等信息的数据经过一系列的数学算法处理、运算生成二维或者三维的图像，方便通过可视图像信息来评估活体生理代谢。2.2 FPGA 工作原理由于本课题所设计的 PET 系统探测器是由 4 个环状探测器组成，每一个环状探测器又由 18 个探测器模块构成。整个探测器由 72 个探测器模块组成，因此
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TCP/IP协议的小动物PET数据传输系统的设计与实现[J]. 李旭朋,高翔,张欣,张琮. 科学技术与工程. 2013(01)
[2]基于FPGA的千兆以太网设计[J]. 韦宏,付友涛,孔凡鹏,孙洁,刘金涛. 现代电子技术. 2012(18)
[3]TCP包状态检测系统的硬件设计与实现[J]. 黄诚学. 舰船电子工程. 2012(04)
[4]乳腺专用PET中数据传输系统的设计[J]. 王培林,孙芸华,胡婷婷,丰宝桐,柴培,刘双全,帅磊,李可,魏书军,王宝义,魏龙,高俊雄,王耘波. 核电子学与探测技术. 2011(03)
[5]PET示踪剂的临床应用及研究进展[J]. 张宝石,周乃康,张锦明,于长海. 中国医药导刊. 2011(02)
[6]一种以太网MAC控制器的FPGA实现方法[J]. 尉志伟,赵建明,吴斌. 微计算机信息. 2010(35)
[7]基于FPGA的高速海量FIFO的设计[J]. 刘少华,陈明义. 信息技术. 2009(09)
[8]FPGA现状与发展趋势[J]. 王红,彭亮,于宗光. 电子与封装. 2007(07)
[9]小动物PET[J]. 周伟,尹端沚,汪勇先. 核技术. 2006(03)
[10]利用有限状态机分析TCP协议握手过程的安全问题[J]. 刘湘辉,殷建平,张玲,许江. 计算机工程与科学. 2002(04)
硕士论文
[1]小动物PET时间获取单元设计及时间校正研究[D]. 陈忻.华中科技大学 2013
[2]基于FPGA的UDP/IP硬件协议栈的研究与实现[D]. 叶祎恒.西安电子科技大学 2010
[3]基于千兆以太网的雷达数据高速采集与传输技术[D]. 曹书华.南京信息工程大学 2008
[4]基于PMC（PCI背卡）接口的实时数据采集卡[D]. 郑毅.电子科技大学 2004
本文编号：2921124
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