小動(dòng)物PET單事件處理電子學(xué)的研究.pdf

1、正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(Positron Emission Tomography,PET)是一種先進(jìn)的核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，它將由放射性核素標(biāo)記的藥物引入生物體，放射性藥物在生物體內(nèi)隨著代謝重新分布后，由PET探測(cè)器捕獲正負(fù)電子湮滅產(chǎn)生的γ光子，并經(jīng)過(guò)測(cè)量和圖像重建得到放射性藥物在體內(nèi)的分布及動(dòng)態(tài)變化圖像。PET成像技術(shù)目前已經(jīng)成為重要的臨床醫(yī)療診斷手段和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要研究工具。
　　小動(dòng)物PET作為PET成像系統(tǒng)的一個(gè)重要應(yīng)用，

2、近年來(lái)成為研究熱點(diǎn)。相較于人體臨床PET成像系統(tǒng)，需要更高的分辨率來(lái)觀察更小的小動(dòng)物組織。小動(dòng)物PET成像系統(tǒng)的性能由探測(cè)器、電子學(xué)分辨率和圖像重建算法共同影響。對(duì)于高精度的小動(dòng)物PET探測(cè)器，自然需要高精度的電子學(xué)系統(tǒng)來(lái)處理其產(chǎn)生的信號(hào)。因此研究結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高的電子學(xué)系統(tǒng)是小動(dòng)物PET領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。小動(dòng)物PET的電子學(xué)系統(tǒng)主要由前端放大電路、單事件處理電子學(xué)和符合電子學(xué)組成，其中單事件處理電子學(xué)是系統(tǒng)的核心功能部分。
　

3、　本文針對(duì)一款高性能小動(dòng)物PET成像系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了前端讀出電子學(xué)中的單事件處理電子學(xué)。此電子學(xué)主要完成SiPM(Silicon Photon Multiplier)輸出信號(hào)的電荷和時(shí)間測(cè)量，進(jìn)而得到探測(cè)器產(chǎn)生事例的能量、電荷和時(shí)間信息。本論文針對(duì)小動(dòng)物PET讀出需求研究了相應(yīng)的高精度電荷和時(shí)間測(cè)量技術(shù)，并基于FPGA(Field Program Gate Array)中設(shè)計(jì)了相應(yīng)處理算法，實(shí)現(xiàn)了小動(dòng)物PET成像系統(tǒng)工作時(shí)所需的功能。時(shí)間測(cè)

4、量使用模擬求和、前沿甄別結(jié)合時(shí)間-數(shù)字變換(TDC)技術(shù);電荷測(cè)量采用濾波成形、波形數(shù)字化結(jié)合數(shù)字求和算法，保證了電子學(xué)的測(cè)量精度。在上述研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行了實(shí)際的單事件處理電子學(xué)的設(shè)計(jì)和測(cè)試。電子學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，單事件處理單元在2V輸入信號(hào)下，電荷測(cè)量半高全寬(FWHM)精度好于3‰，時(shí)間測(cè)量FWHM精度好于300ps，位置測(cè)量FWHM精度好于3‰，這些性能均好于應(yīng)用需求。最后，完成了電子學(xué)與探測(cè)器的初步聯(lián)合測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明單事件處理

5、電子學(xué)功能和性能均滿足應(yīng)用需求。
　　本論文結(jié)構(gòu)安排如下:
　　第一章介紹了PET成像系統(tǒng)的工作原理和應(yīng)用價(jià)值，以及小動(dòng)物PET系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和研究歷史;
　　第二章針對(duì)小動(dòng)物PET的讀出需求，調(diào)研了主要的時(shí)間和電荷測(cè)量方法，并列出了典型的小動(dòng)物PET成像讀出電子學(xué)系統(tǒng)。這為本論文單事件處理電子學(xué)的研究提供了重要參考。
　　第三章介紹了單事件處理電子學(xué)中各部分具體的電路設(shè)計(jì)，詳細(xì)論述了電路仿真結(jié)果、關(guān)鍵參數(shù)的討論以及一