專利名稱：一種提取閃爍脈沖信息的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于高能物理探測器和信號處理領(lǐng)域，具體涉及一種提取閃爍脈沖信息的裝置，可應(yīng)用于高能粒子探測、核醫(yī)療影像設(shè)備等。
背景技術(shù)：
在大部分的高能粒子探測領(lǐng)域，以及計(jì)算機(jī)斷層成像(Computed Tomography,以下簡稱CT)、正電子發(fā)射斷層成像(Positron Emission Tomography，以下簡稱PET)、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(Single Photon Emission Computed Tomography,以下簡稱 SPECT) 等醫(yī)療影像領(lǐng)域，數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)所采集、處理的閃爍脈沖信號均是由高能粒子(如Y射線、 X射線等)經(jīng)閃爍晶體轉(zhuǎn)換成可見光，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換得到可以觀測的電信號，典型的閃爍脈沖波形如

圖1所示。閃爍脈沖的時間信息是通過測量脈沖上相對固定某點(diǎn)的具體時間值獲得的；閃爍脈沖的能量信息是通過計(jì)算所帶電荷總量、即脈沖波形面積獲得的； 閃爍脈沖的位置信息，是比較探測器產(chǎn)生的四個“角信號”之間相對大小來獲得閃爍脈沖在探測器上的相對位置(X，Y)的。傳統(tǒng)的閃爍脈沖數(shù)據(jù)獲得方法是基于模擬電路或者模擬-數(shù)字混合電路的，處理快速的閃爍脈沖信號需要通過模擬放大、濾波、積分等步驟，模擬電路會隨溫度、時間的改變性能發(fā)生漂移的特性，使得將探測器性能保持在最佳狀態(tài)是一件很困難的事情。此外，模擬放大、濾波、積分過程針對特定探測器的特性進(jìn)行設(shè)定，因此傳統(tǒng)閃爍脈沖數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)在不同探測器的適應(yīng)性上存在很大的限制。目前存在的數(shù)字化閃爍脈沖數(shù)據(jù)獲得方法，絕大多數(shù)基于模數(shù)轉(zhuǎn)化器件 (Analog-to-Digital Convertor，以下簡稱ADC)的閃爍脈沖數(shù)據(jù)獲得方法。由于閃爍脈沖的上升時間通常在Ins IOns之間，衰減時間常數(shù)通道在IOns 300ns之間(取決于探測器類型)，如果使用ADC對閃爍脈沖直接采樣，這就要求ADC的采樣速度在IGHz以上才能獲得可以接受的時間分辨率，在200MHz以上才能獲取可以接受的能量分辨率和空間分辨率。 高采樣率要求高處理速度和高傳輸帶寬，會對數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來巨大的困難。目前數(shù)字化閃爍脈沖獲得系統(tǒng)仍需要使用一部分濾波、整形的模擬電路，將快速的閃爍脈沖變?yōu)檩^為慢速的信號后，使用較低速度的ADC進(jìn)行采樣。因此，以目前的技術(shù)，并不能實(shí)現(xiàn)基于 ADC的全數(shù)字化閃爍脈沖數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)。目前在伽馬光子探測上存在一種方法和裝置(US 7199370B2)，該方法在不使用 ADC的情況下可獲得脈沖能量、峰值時間和余輝時間常數(shù)。該方法具體做法是，預(yù)先設(shè)置兩個參考電壓\、\，Vj < Vi測量脈沖下降沿電壓處于Vi和Ni之間的時間差t…通過公式T = tij/In (ViAj)可計(jì)算得到該閃爍脈沖的余輝時間常數(shù)T ；之后，預(yù)先設(shè)置兩個參考電壓VpV1,分別測量脈沖電壓幅值大于Vk的時間tk，和脈沖電壓幅值大于V1的時間、，通過公式[0009]其中s =義/Vk-l，可計(jì)算得到該閃爍脈沖的峰值幅值\，Vp可表示該脈沖能量的相對大小；之后，預(yù)選設(shè)置一個參考電壓vm，測量脈沖上升沿電壓處于Vm和Vi之間的時間 tmi,通過公式tp= (Vi/(Vi-Vm) )tmi可計(jì)算得到該閃爍脈沖的峰值時間tp。這個方法存在三個明顯的不足(1)該方法中時間測量均是一個脈沖中兩點(diǎn)之間相隔的時間長度，并非這兩點(diǎn)的絕對時間值，因此該方法得到的脈沖峰值時間tp只是表示峰值相對整個脈沖的相對時間，即峰值發(fā)生在該脈沖的哪一個時間段內(nèi)，而不能表示該脈沖發(fā)生具體時間；( 該方法無法獲得閃爍脈沖的位置信息；C3)該方法僅使用兩個參考電壓獲取脈沖能量，因此獲取脈沖能量誤差較大?；谝陨系娜毕荩摲椒ú⒉荒塥?dú)立的組成一個數(shù)字化閃爍脈沖數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)?；跁r間采樣原理的MVT采樣方法，由Qingguo Xie等人在2005年提出的新的采樣方法。不用于ADC采樣是已知采樣時間、對電壓值進(jìn)行采樣，MVT采樣是已知采樣電壓、 對時間值進(jìn)行采樣，獲取采樣點(diǎn)。使用MVT采樣方法對閃爍脈沖上升沿進(jìn)行采樣，對獲得的采樣點(diǎn)進(jìn)行線性擬合， 可獲得原始脈沖的時間信息(Qingguo Xie, Chien-Min Kao, Xi Wang，Ning Guo, Caigang Zhu, Henry Frisch, William W Moses and Chin-Tu Chen, "Potentials of Digitally Sampling Scintillation Pulses in Timing Determination in PET," IEEE Trans. Nucl. Sci.，Vol 56，Issue 5，pp. 2607-2613，2009)和一定能譜范圍內(nèi)的能量信息(H. Kim, C. Kao, Q. Xie, C. Chen, L. Zhou, F. Tang, H. Frisch, W. Moses, W. Choong, ‘‘Amulti-threshold sampling method for tof-pet signal processing,"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A !Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Vol. 602, Issue 2，pp. 618-621，2009)。但發(fā)表的這兩方法閾值電壓少、且設(shè)定方法是非常簡單的，所有的采樣點(diǎn)均參與計(jì)算，這會帶來一個明顯的缺陷，即有限個閾值電壓不能準(zhǔn)確的測量整個能量譜范圍的閃爍脈沖，尤其是當(dāng)閃爍脈沖幅值較小時。由于閃爍脈沖位置信息的獲取，是通過電阻網(wǎng)絡(luò)將一個正常幅值的閃爍脈沖，分為四個大小不一的閃爍脈沖(角信號)，通過比較它們之間幅值(能量)相互比例獲得的，這四個脈沖幅值均較小，因而發(fā)表的這兩種方法均無法獲取閃爍脈沖的位置信息。典型的閃爍脈沖波形如圖1所示，該波形由快速上升的上升沿和慢速下降的下降沿構(gòu)成。上升沿的上升速度由閃爍晶體和光電轉(zhuǎn)換器件共同決定；下降沿的衰減速度，由閃爍晶體的特性決定。在不考慮噪聲的情況下，單次閃爍脈沖模型有多種表達(dá)形式，其中較為常用的一種是將單次閃爍脈沖考慮成由線性上升的上升沿和指數(shù)下降的下降沿構(gòu)成的理想信號模型，理想的閃爍脈沖波形如圖2所示，其波形模型如式(1)所不，
權(quán)利要求1.一種提取閃爍脈沖信息的裝置，包括閾值電壓設(shè)置模塊(100)，作為模擬接口與前端探測器相連接，用于根據(jù)閃爍脈沖在一定能量譜范圍的平均峰值，設(shè)定至少三個閾值電壓；時間采樣模塊O00)，分別獲取閃爍脈沖上升沿和下降沿的電壓達(dá)到各個閾值電壓的時刻值，并組成多個采樣點(diǎn)，其中每個采樣點(diǎn)由一個時刻值與其對應(yīng)的閾值電壓組成；脈沖重建模塊(300)，從所述時間采樣模塊O00)的多個采樣點(diǎn)中選擇部分采樣點(diǎn)作為重建采樣點(diǎn)，依據(jù)脈沖模型，重建所述閃爍脈沖波形；信息獲取模塊000)，其根據(jù)所述重建的閃爍脈沖波形獲取原始閃爍脈沖的脈沖數(shù)據(jù)；其中，所述閾值電壓設(shè)置模塊(100)包括電壓設(shè)置模塊(110)和甄別器模塊(120)，其中，所示電壓設(shè)置模塊(110)根據(jù)閃爍脈沖在一定能量譜范圍的峰值設(shè)定出閾值電壓； 所示甄別器模塊(120)用于比較閃爍脈沖電壓與閾值電壓之間大小關(guān)系，并在脈沖電壓到達(dá)閾值電壓時產(chǎn)生觸發(fā)信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述脈沖重建模塊(300)包括采樣點(diǎn)選擇模塊(310)和擬合重建模塊(320)，其中，所述采樣點(diǎn)選擇模塊(310)用于根據(jù)產(chǎn)生觸發(fā)信號的閾值電壓個數(shù)選擇合適的采樣點(diǎn)傳送至擬合重建模塊320 ；所述擬合重建模塊(320)用于重建所述閃爍脈沖模型，具體過程為(a)根據(jù)閃爍脈沖模型，使用脈沖上升沿產(chǎn)生的重建采樣點(diǎn)重建閃爍脈沖上升沿；(b)根據(jù)閃爍脈沖模型，使用脈沖下降沿產(chǎn)生的重建采樣點(diǎn)重建閃爍脈沖下降沿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述裝置，其特征在于，所述的信息獲取模塊(400)包括脈沖時間信息獲取模塊010)，脈沖能量信息獲取模塊020)，脈沖位置信息獲取模塊(430)和脈沖余輝時間常數(shù)獲取模塊G40)，其中，所述脈沖時間信息獲取模塊(410)用于通過重建閃爍脈沖波形獲取原始閃爍脈沖的時間信息；所述脈沖能量信息獲取模塊(420)用于通過重建閃爍脈沖波形獲取原始閃爍脈沖的言旨量信息；所示脈沖位置信息獲取模塊(430)用于通過重建閃爍脈沖波形獲取原始閃爍脈沖的位置信息；所述脈沖余輝時間常數(shù)獲取模塊(440)用于通過重建閃爍脈沖波形獲取原始閃爍脈沖的余輝時間常數(shù)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種提取閃爍脈沖信息的裝置，包括閾值電壓設(shè)置模塊，作為模擬接口與前端探測器相連接，用于根據(jù)閃爍脈沖在一定能量譜范圍的平均峰值，設(shè)定至少三個閾值電壓；時間采樣模塊，分別獲取閃爍脈沖上升沿和下降沿的電壓達(dá)到各個閾值電壓的時刻值，并組成多個采樣點(diǎn)，其中每個采樣點(diǎn)由一個時刻值與其對應(yīng)的閾值電壓組成；脈沖重建模塊，從時間采樣模塊的多個采樣點(diǎn)中選擇部分采樣點(diǎn)作為重建采樣點(diǎn)，依據(jù)脈沖模型，重建閃爍脈沖波形；信息獲取模塊，其根據(jù)重建的閃爍脈沖波形獲取原始閃爍脈沖的脈沖數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)全數(shù)字化的閃爍脈沖數(shù)據(jù)獲取和處理，有效的提高閃爍脈沖數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)的穩(wěn)定性，和對不同類型探測器的適應(yīng)性。
文檔編號G01T1/36GK202177701SQ20112011477
公開日2012年3月28日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者劉偉, 李娜, 王希, 謝慶國, 陳源寶 申請人:蘇州瑞派寧科技有限公司