数字化闪烁脉冲的基线校正方法及系统技术方案

一种数字化闪烁脉冲的基线校正方法及系统。该方法首先使用多阈值电压采样法，对闪烁脉冲信号进行时间轴向采样，获取闪烁脉冲波形的时间-阈值采样点；然后选取这些时间-阈值采样点，利用闪烁脉冲的形状特性来重建脉冲波形及辨识模型参数，据此估计闪烁脉冲的基线漂移均值；最后根据该基线漂移均值对闪烁脉冲波形进行基线校正。本发明专利技术还公开了一种数字化闪烁脉冲的基线校正系统，包括数字采样模块、基线偏移计算模块和基线校正模块。本发明专利技术能够有效、准确地甄别闪烁脉冲的基线漂移，实现对基线的快速实时自适应校正，提高闪烁脉冲数据测量结果的信噪比和数据获得系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
数字化闪烁脉冲的基线校正方法及系统
本专利技术属于高能物理探测器和信号处理领域，具体涉及一种数字化闪烁脉冲的基线校正方法及系统，可应用于高能粒子探测及医疗影像设备。
技术介绍
在大多数的高能粒子探测领域以及医疗影像设备中，数据获得系统采集和处理的闪烁脉冲通常是由闪烁晶体将高能粒子（如：x射线、γ射线等）转换成可见光，然后再由光电器件转换成可以进行测量的电脉冲信号，现有技术中典型的闪烁脉冲波形如图1所示。在对闪烁脉冲的信息提取中，由于受到探测器漏电流、闪烁脉冲拖尾、噪声干扰等因素的影响，闪烁脉冲往往是叠加在一个不稳定的基线上。这样不仅会造成闪烁脉冲到达时间和脉冲高度测量的不精确，降低原始数据的信噪比，同时也会对晶体分割、随机事件和散射事件的剔除产生间接影响，尤其是对正电子发射断层成像仪（PositronEmissionTomography，以下简称PET）重建图像的分辨率、对比度以及信噪比造成较大影响。因此，为了减少基线漂移对辐射探测系统稳定性和性能指标的影响，有必要在提取闪烁脉冲信息之前进行基线校正。基线校正的实现方式往往与数据获得系统所在前端电子学电路的架构紧密相关。传统的基于模拟电路或者模拟-数字混合电路结构中，应用最为广泛的一种基线校正方法是基线恢复器。Robinson最早提出了一种针对单极信号的基线恢复器[L.B.Robinson,“Reductionofbaselineshiftinpulse-amplitudemeasurements”,Rev.Sci.Instrum.,Vol.32,p.1057,1961]。随后Chase[R.L.ChaseandL.R.Poulo,“AhighprecisionDCrestorer”,IEEETrans.Nucl.Sci.,vol.NS-14,no.6,pp.83-88,Dec.1967]，Fairstein[E.Fairstein,“Gatedbaselinerestorerwithadjustableasymmetry”,IEEETrans.Nucl.Sci.,vol.NS-22,no.1,pp.463-466,Feb.1975]以及Kuwata[M.Kuwata,H.Maeda,andK.Husimi,“Newbaselinerestorerbasedonfeedforwarddifferentialcompensation”,IEEETrans.Nucl.Sci.,vol.41,no.4,pp.1236-1239,Aug.1994]等研究组相继提出了各种改进型的基线恢复器，以提高基线校正的效率。另外，Geronimo[G.De.Geronimo,P.O’Connor,andJ.Grosholz,“ACMOSbaselineholder(BLH)forreadoutASICs”,IEEETrans.Nucl.Sci.,vol.47,no.3,Jun.2000]也提出了一种可供选择的基于CMOS工艺的基线保持器。尽管这些电路在具体实现细节和功能特性上各不相同，但是它们都是依赖于模拟技术而发展起来的，这些电路的设计优化往往是针对某一特定的探测器结构而进行的，一旦设计完成就无法根据应用需求而改变，灵活性、扩展性和升级性受到了极大的制约。随着各种通用数字化设备和电子器件的普及以及数字信号处理算法的广泛应用，数字化技术正被越来越多的引入到对闪烁脉冲的信息提取中。目前，对闪烁脉冲进行数字化处理的方法主要有：基于模拟-数字转换器（Analog-to-DigitalConverter，以下简称ADC）的等间隔采样法和基于多阈值电压（Multi-VoltageThreshold，以下简称MVT）的时间轴向采样法。前者利用快速ADC对闪烁脉冲信号及基线进行等间隔采样，获取脉冲信号及基线的电压幅度样本点，其中脉冲信号幅度可用于脉冲信息提取，基线样本点可进行均值处理或者统计分析以进行基线校正[HongdiLi,ChaoWang,HossainBaghaeietal.,“Anewstatistics-basedonlinebaselinerestorerforahighcountratefullydigitalsystem”,IEEETrans.Nucl.Sci.,vol.57,no.2,Apr.2010]。与基于ADC的等间隔采样不同，基于MVT的时间轴向采样法是已知阈值参考电压，来获取采样点的时间信息，然后通过数字信号处理算法提取闪烁脉冲的事件信息[QingguoXie,Chien-MinKao,ZekaiHsiauetal.,“Anewapproachforpulseprocessinginpositronemissiontomography”,IEEETrans.Nucl.Sci.,vol.52,no.4,Aug.2005]。MVT采样方法能够有效突破香农采样定理的限制，精确有效地获取闪烁脉冲的事件信息[QingguoXie,Chien-MinKao,XiWangetal.，“Potentialsofdigitallysamplingscintillationpulsesintimingdeterminationinpet”,vol.56,no.5,Oct.2009]。对于MVT采样方法，其同样会受到基线漂移对闪烁脉冲信息获取的干扰问题，而目前现有的基线校正方法均无法有效地解决MVT的基线漂移问题。因此，针对上述技术问题，有必要提出一种新的数字化闪烁脉冲的基线校正方法及系统，以克服上述缺陷。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种数字化闪烁脉冲的基线校正方法及系统，用于解决高能物理粒子探测及医疗影像设备中前端电子学基线漂移问题。该方法通过对闪烁脉冲进行多阈值电压采样，利用闪烁脉冲的先验知识，运用创新的数字信号处理算法，对由探测器漏电流、脉冲拖尾及噪声干扰等引起的基线漂移进行有效、准确和快速地自适应校正，同时提高闪烁脉冲数据测量结果的信噪比和数据获得系统的稳定性。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种数字化闪烁脉冲的基线校正方法，所述基线校正方法步骤如下：（1）使用多阈值电压采样法，对闪烁脉冲信号进行时间轴向采样，获取闪烁脉冲波形的数字化采样点；（2）选取各个闪烁脉冲相应的数字化采样点，根据闪烁脉冲的形状特性，重建脉冲波形并辨识模型参数，据此获得各个闪烁脉冲的基线漂移量，然后对所得的基线漂移量进行分析，获得基线漂移均值；（3）将重建后的闪烁脉冲波形减去步骤（2）获得的基线漂移均值，完成基线校正。优选的，在上述数字化闪烁脉冲的基线校正方法中，所述步骤（1）中多阈值电压采样方法具体为：预先设置若干阈值参考电压，记录闪烁脉冲电压幅度达到各个阈值电压的具体时刻，每个电压阈值和对应的触发时间即组成一个时间-阈值采样点。优选的，在上述数字化闪烁脉冲的基线校正方法中，所述步骤（2）中闪烁脉冲的形状特性根据所耦合的闪烁晶体和光电转换器件的类别进行建模获得。优选的，在上述数字化闪烁脉冲的基线校正方法中，所述步骤（2）中辨识模型参数是指根据闪烁脉冲的形状特性，对所选取闪烁脉冲波形的时间-阈值采样点进行函数逼近得到特征数学模型，并从中提取刻画闪烁脉冲特性的参数值。优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字化闪烁脉冲的基线校正方法，其特征在于：所述基线校正方法步骤如下：（1）使用多阈值电压采样法，对闪烁脉冲信号进行时间轴向采样，获取闪烁脉冲波形的数字化采样点；（2）选取各个闪烁脉冲相应的数字化采样点，根据闪烁脉冲的形状特性，重建脉冲波形并辨识模型参数，据此获得各个闪烁脉冲的基线漂移量，然后对所得的基线漂移量进行分析，获得基线漂移均值；（3）将重建后的闪烁脉冲波形减去步骤（2）获得的基线漂移均值，完成基线校正。

【技术特征摘要】
1.一种数字化闪烁脉冲的基线校正方法，其特征在于：所述基线校正方法步骤如下：(1)使用多阈值电压采样法，对闪烁脉冲信号进行时间轴向采样，获取闪烁脉冲波形的数字化采样点，所述多阈值电压采样法具体为：预先设置若干阈值参考电压，记录闪烁脉冲电压幅度达到各个阈值电压的具体时刻，每个电压阈值和对应的触发时间即组成一个时间-阈值采样点；(2)选取各个闪烁脉冲相应的数字化采样点，根据所耦合的闪烁晶体和光电转换器件的类别进行建模，获取相应的闪烁脉冲的形状特性，重建脉冲波形并根据闪烁脉冲的形状特性，对所选取闪烁脉冲波形的时间-阈值采样点进行函数逼近得到特征数学模型，并从所述特征数学模型提取刻画闪烁脉冲的形状特性的参数值，从所述参数值中找到描述基线水平的基线值，据此获得各个闪烁脉冲的基线漂移量，然后对所得的基线漂移量进行分析，获得基线漂移均值；(3)将重建后的闪烁脉冲波形减去步骤(2)获得的基线漂移均值，完成基线校正。2.根据权利要求1所述的数字化闪烁脉冲的基线校正方法，其特征在于：所述步骤(2)中对所得到的各个闪烁脉冲的基线偏移量进行分析的方法为均值计算或统计分析。3.一种数字化闪烁脉冲的基线校正系统，其特征在于：包括：数字化采样模块，用于使用多阈值电压采样方法对闪烁脉冲进行时间轴向采样，获...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢庆国，陈源宝，朱俊，吴中毅，
申请(专利权)人：苏州瑞派宁科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32