基于Gate与Matlab的PET电子学仿真系统研究

正电子发射断层成像PET （Positron Emission Tomography）是一套庞大、复杂而又极其精密的大型医疗设备,由成千上万个探测单元及相应的信号采集通道组成,其复杂的采集逻辑直接导致系统前期研发迭代次数多、硬件调试困难,且时间与资金成本投入高。本文通过研究PET系统整体结构及前端电子采集模块的功能,设计出基于Gate仿真软件（Geant4 application for tomographic emission）和MATLAB （matrixlaboratory,Mathworks Inc.）数据处理包的PET电子学仿真架构,利用数字化单事件重建DiSER （digitalsingle-event-reconstruction）模型将Gate仿真得到的湮灭事件的能量、时间信息进行综合,转换为光子脉冲信号并由模数转换器ADC （analog-to-digital converter）进行量化,量化数据输入到现场可编程门阵列FPGA （field programmable gate array）和MATLAB协仿真模块中,验证FPGA硬件采集算法的可行性。待各模块的湮灭事件采集完毕,将多模块数据进一步综合输入到FPGA符合处理模块中,完成PET系统符合单元的功能验证。最后,将设计的算法在基于飞行时间技术的TOF （time-of flight）-PET样机上进行了测试,验证了设计的有效性和正确性。该系统仿真平台可应用于PET系统整个研发周期,其搭建思路也可灵活、有效地拓展到其他领域的系统建模与验证之中。