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基于FPGA和USB的小动物SPECT数字化探头的

设计的开题报告

一、选题依据及意义

小动物SPECT（SinglePhotonEmissionComputedTomography）

数字化探头是一种基于核医学技术的医学成像设备，广泛应用于临床诊

断、治疗和研究领域。当前，数字化探头技术正在逐渐替代传统的光电

倍增管（PMT）和多道器（MCA）等设备，具有测量精度高、响应速度快、

体积小、功耗低等优点。

本文提出一种基于FPGA和USB的小动物SPECT数字化探头设计方

案，旨在将该设备的数字化技术进一步改进，提高成像质量和效率，为

医疗和科学研究提供更加精确、实用和可靠的工具。

二、国内外研究现状

目前，国内外已有许多小动物SPECT数字化探头的研究，主要包括

硬件设计和软件算法两个方面。其中，硬件设计方面主要涉及探头结构、

放大电路、数字化电路等部分；软件算法方面主要涉及数据采集、信号

处理、成像重建等方面。

在硬件设计方面，国外研究人员近年来采用FPGA作为核心器件，

采用数字化探测器技术，成功开发出多种小动物SPECT数字化探头，如

CZT（CadmiumZincTelluride）探头、LaBr3(Ce)探头等。在国内，目前

也有一些类似研究正在进行中，但由于技术水平和制造成本等因素制约，

还没有形成较成熟的产品。

在软件算法方面，国内外都已有许多有效的数据处理和成像重建方

法。例如，Max-Likelihoodexpectationmaximization(MLEM)、Ordered

subsetsexpectationmaximization(OSEM)等。

三、研究内容和技术路线

本研究的主要内容是基于FPGA和USB的小动物SPECT数字化探头

设计。其技术路线如下：

1.研究核医学成像技术原理和数字化探头结构。

2.设计小动物SPECT数字化探头硬件结构，包括探头结构、放大电

路、数字化电路等部分。

3.基于FPGA设计数字化电路，完成探头信号的采集、处理和转换。

4.基于USB接口设计数据传输协议和通信程序。

5.编写数据处理和成像重建算法，并进行实验验证和成像分析。

四、预期研究成果

本研究的预期成果如下：

1.完成基于FPGA和USB的小动物SPECT数字化探头硬件设计和软

件算法研究。

2.设计出一种性能稳定、精度高、响应速度快的小动物SPECT数字

化探头。

3.验证实验结果，并进行初步的成像分析。

五、研究难点和可行性分析

本研究的难点主要在于硬件设计方面，涉及探头结构、放大电路、

数字化电路等多个环节，需要充分考虑尺寸、成本、性能等因素，设计

出符合要求的电路板。另外，软件算法方面也需要对成像重建和数据处

理的相关算法进行深入研究和优化。

可行性分析方面，在FPGA和USB技术成熟的情况下，实现该设备

的数字化控制和数据传输并不是难点，已有许多成功的应用案例。因此，

本研究具有较高的可行性。