新型在束PET前端读出电路设计

为提高前端读出电路集成度,并验证自主研发的主放大器专用集成电路芯片MCSA于在束PET成像系统中的应用可行性,采用MCSA替代商用器件,设计了一款新型在束PET前端读出电路。该电路由能量链、时间链、数据采集与处理单元组成。测试结果表明:电路的线性度优于0.78%,全范围平均噪声小于1 mV,时间分辨为341.5 ps,在1〜10 kHz范围不同频率输入信号下工作稳定,能量分辨率为5.2%,二维位置谱中各像素点清晰且位置易分割。主要性能指标达到或接近采用商用芯片作为主放的前端读出电路,可满足应用需求。

应用于在束PET的光纤链路设计

医用重离子加速器(Heavy-Ion Medical Machine,HIMM)中安装在束正电子发射断层扫描装置(In-beam Positron Emission Tomography,In-beam PET)可实现治疗时对肿瘤靶区的照射剂量和位置分布的实时监测功能。在束PET工作时,事件经探测器阵列采集,由前端数据获取单元(Data Acquisition Unit, DAQU)进行数字化后,通过光纤链路传输集中至中央处理模块(Central processor module, CPM),然后通过PCIe接口传输至上位机。单个前端数据获取单元获取的数据率最大可达2.2 Gbit/s,因此对数据传输链路的带宽提出了较高要求。由于前端数据获取单元的核心控件是Cyclone V系列FPGA,中央处理模块的核心控件是Kintex-7系列FPGA,不同公司的FPGA间实现可靠的实时通信也带来了挑战。基于以上问题,进行了应用于在束PET的光纤链路设计,实现了Cyclone V系列FPGA与Kintex-7系列FPGA间的稳定通信。经过测试,该设计达到了高稳定、无误码的实时性能指标。