基于線性光電器件的PET閃爍脈沖數(shù)字化方法研究.pdf

1、正電子斷層掃描（Positron Emission Tomography，PET）是一種非侵入性的功能成像設(shè)備，能夠無創(chuàng)、定量、動(dòng)態(tài)的評估活體內(nèi)各種器官的代謝水平、生化反應(yīng)、功能活動(dòng)和灌注，在腫瘤、心血管、神經(jīng)系統(tǒng)等疾病的臨床診斷，以及相關(guān)疾病的病理學(xué)研究、藥理學(xué)研究、藥物開發(fā)等研究領(lǐng)域發(fā)揮這巨大的作用。
　　為了進(jìn)一步提高PET圖像質(zhì)量，高計(jì)數(shù)能力、高分辨率性能是PET儀器發(fā)展的趨勢。傳統(tǒng)PET數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)都是基于模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)的

2、，由于數(shù)據(jù)獲得過程中大量的積分電路，嚴(yán)重的限制著PET系統(tǒng)計(jì)數(shù)率的提高。此外，模擬電路抗干擾能力較弱，容易受到溫度等外界環(huán)境的干擾，且由于PET系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理通道數(shù)目眾多，使得基于模擬技術(shù)的PET系統(tǒng)性能難以維護(hù)。由于數(shù)字系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)流水線的處理結(jié)構(gòu)，并具有較強(qiáng)的抗干擾能力，基于數(shù)字化技術(shù)的PET數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，是近幾年P(guān)ET設(shè)備開發(fā)的熱點(diǎn)問題之一。但由于PET探測器產(chǎn)生的閃爍脈沖速度很快，目前主流的基于LSO/LYSO閃爍晶體的PE

3、T探測器輸出的閃爍脈沖，上升時(shí)間約2～10 ns，下降沿余輝時(shí)間常數(shù)40～50 ns，使用ADC直接對閃爍脈沖采樣，則要求ADC具備很高的采樣率。這使得開發(fā)數(shù)字化的PET數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)變得十分困難。
　　本文針對PET探測器閃爍脈沖，研究了利用數(shù)字化采樣方法直接數(shù)字化閃爍脈沖，以及數(shù)字化脈沖處理方法獲取閃爍脈沖的時(shí)間信息、能量信息、位置信息。全面、系統(tǒng)地研究了基于傳統(tǒng)ADC對閃爍脈沖直接采樣的數(shù)據(jù)獲得方法，并評估了ADC采樣率、AD

4、C工作模式、數(shù)值積分區(qū)間等多種因素分別對獲取閃爍時(shí)間、能量、位置信息的影響。同時(shí)，本文研究了基于多閾值（Multi-Voltage Thresholds， MVT）采樣方法直接數(shù)字化PET閃爍脈沖的數(shù)據(jù)處理方法，分別獲取PET閃爍脈沖的時(shí)間信息、能量信息和位置信息。全面的評估了閾值個(gè)數(shù)、閾值電壓設(shè)置等因素分別對獲取脈沖時(shí)間信息、能量信息和位置信息的影響。并根據(jù)多閾值采樣獲取閃爍脈沖采樣點(diǎn)的特點(diǎn)，分別針對獲取脈沖能量信息提出了下降沿誤差校

5、正的改進(jìn)處理方法，和針對位置信息獲取的低幅值閾值設(shè)置方法，能夠更準(zhǔn)確的獲取PET閃爍脈沖信息，更一步完善了基于多閾值采樣的PET閃爍脈沖信息獲取方法。
　　本文提出了一種新穎的堆積事件數(shù)字化處理方法（DiSER方法）。該方法能夠從數(shù)字閃爍脈沖中，甄別出堆積事件脈沖，并依據(jù)閃爍脈沖模型，依次重建出堆積事件中各個(gè)單次事件脈沖。進(jìn)而各個(gè)單次事件的信息，包括能量、時(shí)間、位置等，可以從重建的脈沖中獲取。實(shí)驗(yàn)證明，DiSER方法能夠在計(jì)數(shù)率高