专利名称：一种提取闪烁脉冲信息的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于高能物理探测器和信号处理领域，具体涉及一种提取闪烁脉冲信息的装置，可应用于高能粒子探测、核医疗影像设备等。
背景技术：
在大部分的高能粒子探测领域，以及计算机断层成像(Computed Tomography,以下简称CT)、正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography，以下简称PET)、单光子发射计算机断层成像(Single Photon Emission Computed Tomography,以下简称 SPECT) 等医疗影像领域，数据获得系统所采集、处理的闪烁脉冲信号均是由高能粒子(如Y射线、 X射线等)经闪烁晶体转换成可见光，再经光电转换器件转换得到可以观测的电信号，典型的闪烁脉冲波形如

图1所示。闪烁脉冲的时间信息是通过测量脉冲上相对固定某点的具体时间值获得的；闪烁脉冲的能量信息是通过计算所带电荷总量、即脉冲波形面积获得的； 闪烁脉冲的位置信息，是比较探测器产生的四个“角信号”之间相对大小来获得闪烁脉冲在探测器上的相对位置(X，Y)的。传统的闪烁脉冲数据获得方法是基于模拟电路或者模拟-数字混合电路的，处理快速的闪烁脉冲信号需要通过模拟放大、滤波、积分等步骤，模拟电路会随温度、时间的改变性能发生漂移的特性，使得将探测器性能保持在最佳状态是一件很困难的事情。此外，模拟放大、滤波、积分过程针对特定探测器的特性进行设定，因此传统闪烁脉冲数据获得系统在不同探测器的适应性上存在很大的限制。目前存在的数字化闪烁脉冲数据获得方法，绝大多数基于模数转化器件 (Analog-to-Digital Convertor，以下简称ADC)的闪烁脉冲数据获得方法。由于闪烁脉冲的上升时间通常在Ins IOns之间，衰减时间常数通道在IOns 300ns之间(取决于探测器类型)，如果使用ADC对闪烁脉冲直接采样，这就要求ADC的采样速度在IGHz以上才能获得可以接受的时间分辨率，在200MHz以上才能获取可以接受的能量分辨率和空间分辨率。 高采样率要求高处理速度和高传输带宽，会对数据获得系统设计带来巨大的困难。目前数字化闪烁脉冲获得系统仍需要使用一部分滤波、整形的模拟电路，将快速的闪烁脉冲变为较为慢速的信号后，使用较低速度的ADC进行采样。因此，以目前的技术，并不能实现基于 ADC的全数字化闪烁脉冲数据获得系统。目前在伽马光子探测上存在一种方法和装置(US 7199370B2)，该方法在不使用 ADC的情况下可获得脉冲能量、峰值时间和余辉时间常数。该方法具体做法是，预先设置两个参考电压\、\，Vj < Vi测量脉冲下降沿电压处于Vi和Ni之间的时间差t…通过公式T = tij/In (ViAj)可计算得到该闪烁脉冲的余辉时间常数T ；之后，预先设置两个参考电压VpV1,分别测量脉冲电压幅值大于Vk的时间tk，和脉冲电压幅值大于V1的时间、，通过公式[0009]其中s =义/Vk-l，可计算得到该闪烁脉冲的峰值幅值\，Vp可表示该脉冲能量的相对大小；之后，预选设置一个参考电压vm，测量脉冲上升沿电压处于Vm和Vi之间的时间 tmi,通过公式tp= (Vi/(Vi-Vm) )tmi可计算得到该闪烁脉冲的峰值时间tp。这个方法存在三个明显的不足(1)该方法中时间测量均是一个脉冲中两点之间相隔的时间长度，并非这两点的绝对时间值，因此该方法得到的脉冲峰值时间tp只是表示峰值相对整个脉冲的相对时间，即峰值发生在该脉冲的哪一个时间段内，而不能表示该脉冲发生具体时间；( 该方法无法获得闪烁脉冲的位置信息；C3)该方法仅使用两个参考电压获取脉冲能量，因此获取脉冲能量误差较大。基于以上的缺陷，该方法并不能独立的组成一个数字化闪烁脉冲数据获得系统。基于时间采样原理的MVT采样方法，由Qingguo Xie等人在2005年提出的新的采样方法。不用于ADC采样是已知采样时间、对电压值进行采样，MVT采样是已知采样电压、 对时间值进行采样，获取采样点。使用MVT采样方法对闪烁脉冲上升沿进行采样，对获得的采样点进行线性拟合， 可获得原始脉冲的时间信息(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)和一定能谱范围内的能量信息(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)。但发表的这两方法阈值电压少、且设定方法是非常简单的，所有的采样点均参与计算，这会带来一个明显的缺陷，即有限个阈值电压不能准确的测量整个能量谱范围的闪烁脉冲，尤其是当闪烁脉冲幅值较小时。由于闪烁脉冲位置信息的获取，是通过电阻网络将一个正常幅值的闪烁脉冲，分为四个大小不一的闪烁脉冲(角信号)，通过比较它们之间幅值(能量)相互比例获得的，这四个脉冲幅值均较小，因而发表的这两种方法均无法获取闪烁脉冲的位置信息。典型的闪烁脉冲波形如图1所示，该波形由快速上升的上升沿和慢速下降的下降沿构成。上升沿的上升速度由闪烁晶体和光电转换器件共同决定；下降沿的衰减速度，由闪烁晶体的特性决定。在不考虑噪声的情况下，单次闪烁脉冲模型有多种表达形式，其中较为常用的一种是将单次闪烁脉冲考虑成由线性上升的上升沿和指数下降的下降沿构成的理想信号模型，理想的闪烁脉冲波形如图2所示，其波形模型如式(1)所不，
权利要求1.一种提取闪烁脉冲信息的装置，包括阈值电压设置模块(100)，作为模拟接口与前端探测器相连接，用于根据闪烁脉冲在一定能量谱范围的平均峰值，设定至少三个阈值电压；时间采样模块O00)，分别获取闪烁脉冲上升沿和下降沿的电压达到各个阈值电压的时刻值，并组成多个采样点，其中每个采样点由一个时刻值与其对应的阈值电压组成；脉冲重建模块(300)，从所述时间采样模块O00)的多个采样点中选择部分采样点作为重建采样点，依据脉冲模型，重建所述闪烁脉冲波形；信息获取模块000)，其根据所述重建的闪烁脉冲波形获取原始闪烁脉冲的脉冲数据；其中，所述阈值电压设置模块(100)包括电压设置模块(110)和甄别器模块(120)，其中，所示电压设置模块(110)根据闪烁脉冲在一定能量谱范围的峰值设定出阈值电压； 所示甄别器模块(120)用于比较闪烁脉冲电压与阈值电压之间大小关系，并在脉冲电压到达阈值电压时产生触发信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述脉冲重建模块(300)包括采样点选择模块(310)和拟合重建模块(320)，其中，所述采样点选择模块(310)用于根据产生触发信号的阈值电压个数选择合适的采样点传送至拟合重建模块320 ；所述拟合重建模块(320)用于重建所述闪烁脉冲模型，具体过程为(a)根据闪烁脉冲模型，使用脉冲上升沿产生的重建采样点重建闪烁脉冲上升沿；(b)根据闪烁脉冲模型，使用脉冲下降沿产生的重建采样点重建闪烁脉冲下降沿。
3.根据权利要求1或2所述装置，其特征在于，所述的信息获取模块(400)包括脉冲时间信息获取模块010)，脉冲能量信息获取模块020)，脉冲位置信息获取模块(430)和脉冲余辉时间常数获取模块G40)，其中，所述脉冲时间信息获取模块(410)用于通过重建闪烁脉冲波形获取原始闪烁脉冲的时间信息；所述脉冲能量信息获取模块(420)用于通过重建闪烁脉冲波形获取原始闪烁脉冲的言旨量信息；所示脉冲位置信息获取模块(430)用于通过重建闪烁脉冲波形获取原始闪烁脉冲的位置信息；所述脉冲余辉时间常数获取模块(440)用于通过重建闪烁脉冲波形获取原始闪烁脉冲的余辉时间常数。
专利摘要本实用新型公开了一种提取闪烁脉冲信息的装置，包括阈值电压设置模块，作为模拟接口与前端探测器相连接，用于根据闪烁脉冲在一定能量谱范围的平均峰值，设定至少三个阈值电压；时间采样模块，分别获取闪烁脉冲上升沿和下降沿的电压达到各个阈值电压的时刻值，并组成多个采样点，其中每个采样点由一个时刻值与其对应的阈值电压组成；脉冲重建模块，从时间采样模块的多个采样点中选择部分采样点作为重建采样点，依据脉冲模型，重建闪烁脉冲波形；信息获取模块，其根据重建的闪烁脉冲波形获取原始闪烁脉冲的脉冲数据。本实用新型能够实现全数字化的闪烁脉冲数据获取和处理，有效的提高闪烁脉冲数据获得系统的稳定性，和对不同类型探测器的适应性。
文档编号G01T1/36GK202177701SQ20112011477
公开日2012年3月28日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者刘伟, 李娜, 王希, 谢庆国, 陈源宝 申请人:苏州瑞派宁科技有限公司