New embedded digital front-end for high resolution PET scanner

Abstract

Abstract--This work describes a new digital front-end for a high-resolution low-cost animal PET scanner which is currently under development. The advances in flexibility and size of modern FPGAs together with the release of new tools enable the integration of most of the front-end electronics in a single FPGA. The implemented system includes a small 32-bit RISC processor, several peripherals attached to the internal buses and a special DSP unit closely attached to the processor which is dedicated to the detection of the gamma events. On top of these, a small footprint real time operating system abstracts the underlying hardware, providing the mechanisms to combine on-chip slow control and data streaming.Index Terms-Digital front-end electronics, high resolution positron emission tomography, real time system architectures.

PETonCHIP: architecture of a on-chip high-resolution, fully digital positron emission tomography scanner for small Animal Imaging

“…The proposed digital architecture for real time acquisition of the scintillation signals is an alternative to the more generic approach described in [7], where a flexible digital front-end intended for a distributed acquisition system is presented. The current solution is specifically targeted towards a preclinical PET system based on a reduced number of rotating detectors.…”

Data acquisition electronics for gamma ray emission tomography using width-modulated leading-edge discriminators

“…Additionally, for PET applications accurate timing information of the signals (in the nanosecond range) is essential. Recent implementations faced this task by simultaneously digitizing in several channels the entire signal shape at sampling rates ranging from 40 to 80 MHz (Engels et al 2002, Guerra et al 2006, Streun et al 2006, Fontaine et al 2009. In order to achieve a more accurate time window than the resolution of the sampling frequency, the pulse starting time is normally refined by interpolating between the pulse samples.…”

Ανάπτυξη συστήματος συλλογής δεδομένων βασισμένο σε προγραμματιζόμενα ηλεκτρονικά (FPGAs) για εφαρμογή σε συστήματα μοριακής απεικόνισης

“…Καθώς τα ολοκληρωμένα κυκλώματα επαναπρογραμματιζόμενης λογικής εξελίσσονται σε επίπεδο διαστάσεων αλλά και ταχύτητας, πολλοί σχεδιαστές χρησιμοποιούν FPGAs, εκεί που προηγουμένως χρησιμοποιούνταν ολοκληρωμένα κυκλώματα ειδικού σκοπού (ASICs -Application Specific Integrated Circuits), για την αντικατάσταση των αναλογικών ηλεκτρονικών. Έτσι μειώνεται ο χρόνος και το κόστος υλοποίησης, ενώ το μέγεθος των ηλεκτρονικών παραμένει το ίδιο [12]. Επιπλέον παράγοντες που ενισχύουν την ανάπτυξη εξ' ολοκλήρου ψηφιακών συστημάτων απόκτησης δεδομένων, είναι η διαθεσιμότητα ενσωματωμένων λειτουργικών συστημάτων (embedded systems), καθώς και τα αποτελέσματα της έρευνας αιχμής στο πεδίο της ψηφιακής επεξεργασίας σημάτων (Digital Signal Processing).…”

“…Η εξαγωγή αυτής της πληροφορίας γίνεται με την επεξεργασία των παλμών από τα ηλεκτρονικά μορφοποίησης και καταγραφής σημάτων (Front End Electronics -FEE) και το σύστημα απόκτησης δεδομένων, τα οποία παραδοσιακά είναι αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα. Η κυρίαρχη τάση την τελευταία δεκαετία είναι η αντικατάστασή των μονάδων αναλογικής επεξεργασίας σήματος από αντίστοιχες ψηφιακές [12]. Στην κατεύθυνση αυτή, κυρίαρχη θέση έχει το FPGA (Field Programmable Gate Array -συστοιχία επιτόπια προγραμματιζόμενων πυλών), το οποίο είναι τύπος προγραμματιζόμενου ολοκληρωμένου κυκλώματος γενικής χρήσης που διαθέτει πολύ μεγάλο αριθμό τυποποιημένων πυλών και άλλων ψηφιακών λειτουργιών όπως απαριθμητές, καταχωρητές μνήμης, γεννήτριες PLL (Phase Locked Loop) κ.α.…”

“…Η κατασκευή συστημάτων απόκτησης δεδομένων για εξειδικευμένα συστήματα Πυρηνικής Ιατρικής αποτελεί πρόκληση στις μέρες μας. Οι εξελίξεις στην τεχνολογία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων επιτρέπει την αντικατάσταση των παραδοσιακών ηλεκτρονικών, από ευέλικτα, συμπαγή και χαμηλού κόστους συστήματα, τα οποία επιτρέπουν υψηλούς ρυθμούς απόκτησης δεδομένων [10,11,12]. Η υλοποίηση ενσωματωμένων συστημάτων σε FPGA, όπως περιγράφτηκε παραπάνω, καθιστά εφικτή αυτή την μετάβαση.…”