一种用于PET闪烁晶体性能测试的电子学数据处理方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于PET闪烁晶体性能测试的电子学数据处理方法及系统。本方法为：1)将N路串行数据流转换为数字化的N路并行信号；2)将每路并行信号分成两路，一路进入信号寻峰模块，用于判断输入信号是否为有效脉冲信号并输出对应的通道信号标志Flag，一路进入信号延迟模块，用于将输入信号延迟到Flag产生的时刻；3)将各Flag进行或运算得到信号Eflag，将其对应时刻作为对延迟信号同时电荷积分的时间起点；4)对各路信号同时进行信号积分，获得相应积分电荷量并存储到对应能量FIFO模块；5)实时监测任一能量FIFO模块的状态，如果其状态不为空，则读取N路能量FIFO模块的缓存数据发送给数据分析单元。

【技术实现步骤摘要】
一种用于PET闪烁晶体性能测试的电子学数据处理方法及系统
本专利技术属于闪烁晶体性能测试领域，涉及一种用于PET闪烁晶体性能测试的64通道数据采集电子学数据处理方法及系统。
技术介绍
闪烁晶体在核医学影像诊断、高能物理、安全检查、地质勘探、国防装备、无损检测等领域有着广泛应用，是各种探测器和核仪器的核心组成部分。以当今先进医学影像诊断设备的代表——PET为例，每台PET需要用到3-6万块闪烁晶体器件，总价超过100万美元，全球年需求量超过20亿美元。闪烁晶体的发展，推动了核仪器的更新换代。发光产额、能量分辨能力等性能的测量是闪烁晶体研究、开发与应用中的重要工作。但由于发光产额、能量分辨能力等性能的测量需要使用核技术的方法，而闪烁材料的研究与制备单位往往不具备核技术研究技术和核仪器使用经验，国内外也没有商品化的测试仪器。闪烁材料性能的测量往往由应用单位根据其应用目的进行测试，所以闪烁材料性能的测试技术主要由部分核技术研究单位所掌握，缺乏统一的标准和标准的设备。存在的不足包括：(1)设备不标准，结果不统一。如发光产额的测试，往往在通用的伽马谱仪上，根据比较的方法测量相对光输出。因不同伽马谱仪的性能、参数设置的差异，使不同单位测试的结果无法比较；(2)测试耗时长，效率低。在通用的伽马谱仪上测试，往往一次仅能测试单块或单个闪烁体的性能，每次测试往往需要几分钟或几十分钟，无法满足批量测量的要求；(3)操作复杂。核仪器的操作需要核技术的专业背景和技术基础，测试变量多、测试结果需换算、容易产生误差。而且在材料研究和制备单位，往往缺乏核技术方面的专业人员。目前专用于闪烁晶体的测试技术和电子学设备的缺乏，很大程度上制约了新型的、高性能的闪烁晶体生长技术研究、性能研究及工程化应用。特别是对于多像素晶体的测试筛选，国内目前尚无已发表的相关的电子学测试手段。如图1所示为传统的采用通用伽马谱仪的晶体测试原理框图。γ射线入射单像素闪烁晶体，光电倍增管输出的脉冲信号先经过前端的电荷灵敏前置放大器预放大，提高信噪比，然后经过极零相消电路微分并消除信号下冲，再进入积分滤波放大电路，将信号调理成满足后端测量要求的一定幅度准高斯脉冲信号，接着信号进入多道脉冲幅度分析仪，获得脉冲的幅度信息并传给计算机，最后计算机才能获取相关的晶体性能参数，所以这样每次测试花费时间长、效率低。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种用于PET闪烁晶体性能测试的64通道数据采集电子学数据处理方法及系统。本专利技术的技术方案为：一种用于PET闪烁晶体性能测试的电子学数据处理方法，其步骤包括：1)将输入的N路高速串行数据流转换为数字化的N路并行信号；2)将串并转换后的每路并行信号分成两路，一路进入信号延迟模块、另一路进入信号寻峰模块，该信号寻峰模块用于判断输入信号是否为有效脉冲信号并输出该输入信号对应的通道信号标志Flag；该信号延迟模块用于将该输入信号延迟到通道信号标志Flag产生的时刻；3)将N个通道信号标志Flag进行或运算，得到信号Eflag；然后将该信号Eflag对应的时刻作为对各信号延迟模块输出信号同时进行电荷积分的时间起点；4)各路信号分别经一积分模块同时进行信号积分，获得相应积分电荷量并存储到对应的能量FIFO模块；5)FIFO读写控制逻辑实时监测任一能量FIFO模块的状态，如果该能量FIFO模块的状态不为空，则读取N路能量FIFO模块的缓存数据发送给数据分析单元。进一步的，采集该N路高速串行数据流的方法为：将n×n像素闪烁晶体阵列通过硅脂与n×n像素的硅光电倍增管一对一耦合，用于探测γ射线入射到闪烁晶体像素上产生的电流脉冲；每一硅光电倍增管探测产生的电流脉冲经过放大、成形电路处理后输出一模拟信号，各模拟信号分别经一模数变换器后得到的一路串行数据流，得到该N路高速串行数据流；N＝n×n。进一步的，信号寻峰模块判断输入信号是否为有效脉冲信号信号的方法为：对于输入信号Si，设T0为信号Si的起点，连续采样时刻Tj、Tj+1、Tj+2、Tj+3、Tj+4处的信号幅度分别为Aj、Aj+1、Aj+2、Aj+3、Aj+4；当Aj+2＞Aj+1＞Aj、Aj+2＞Aj+3＞Aj+4以及Aj+2＞AT时，判断信号Si为有效脉冲信号，否则为无效信号；在Tj+5输出该信号Si对应的通道信号标志Flag；其中，AT为信号幅度阈值；该信号延迟模块利用寄存器将信号Si延迟到通道信号标志Flag产生的时刻Tj+5，得到信号Si’。进一步的，AT为大于信号噪声幅度的信号幅度阈值。进一步的，所述FIFO读写控制逻辑顺序读取N路能量FIFO模块的缓存数据，每个时钟周期读取一个能量FIFO模块的缓存数据，N个时钟周期完成N个能量FIFO数据的读取；然后所述FIFO读写控制逻辑将读取的N个缓存数据发送给预传输网络FIFO进行数据缓存；预传输网络FIFO将缓存数据通过网络传输给所述数据分析单元。一种用于PET闪烁晶体性能测试的电子学数据处理系统，其特征在于，包括N个串并转换单元、N个信号延迟模块、N个信号寻峰模块、N个积分模块、N个能量FIFO模块、一FIFO读写控制逻辑单元、一积分起点控制逻辑单元和网络传输模块；其中，N个所述串并转换单元，用于将输入的N路高速串行数据流转换为数字化的N路并行信号；每一所述串并转换单元的输出端分别与一信号延迟模块、一信号寻峰模块连接，用于将一路并行信号发送给信号延迟模块和信号寻峰模块；该信号寻峰模块用于判断输入信号是否为有效脉冲信号并输出该输入信号对应的通道信号标志Flag；该信号延迟模块用于将该输入信号延迟到通道信号标志Flag产生的时刻；所述积分起点控制逻辑单元分别与各信号延迟模块、各信号寻峰模块以及各积分模块连接，用于为信号延迟模块、信号寻峰模块以及各积分模块提供逻辑控制信号，对N个通道信号标志Flag进行或运算，得到信号Eflag；然后将该信号Eflag对应的时刻作为各积分模块对信号延迟模块输出信号同时进行电荷积分的时间起点；每一所述积分模块与一对应的所述能量FIFO模块连接，用于将积分电荷量存储到对应的能量FIFO模块；所述FIFO读写控制逻辑单元分别与各能量FIFO模块连接，用于读取N路能量FIFO模块的缓存数据发送给网络传输模块；所述网络传输模块，用于将缓存数据发送给数据分析单元。进一步的，还包括一预传输网络FIFO，与所述FIFO读写控制逻辑单元连接，所述FIFO读写控制逻辑将读取的N个缓存数据发送给预传输网络FIFO进行数据缓存；预传输网络FIFO将缓存数据通过网络传输给所述数据分析单元。进一步的，所述FIFO读写控制逻辑顺序读取N路能量FIFO模块的缓存数据，每个时钟周期读取一个能量FIFO模块的缓存数据，N个时钟周期完成N个能量FIFO数据的读取。进一步的，所述信号寻峰模块判断输入信号是否为有效脉冲信号信号的方法为：对于输入信号Si，设T0为信号Si的起点，连续采样时刻Tj、Tj+1、Tj+2、Tj+3、Tj+4处的信号幅度分别为Aj、Aj+1、Aj+2、Aj+3、Aj+4；当Aj+2＞Aj+1＞Aj、Aj+2＞Aj+3＞Aj+4以及Aj+2＞AT时，判断信号Si为有效脉冲信号，否则为无效信号；在Tj+本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于PET闪烁晶体性能测试的电子学数据处理方法，其步骤包括：1)将输入的N路高速串行数据流转换为数字化的N路并行信号；2)将串并转换后的每路并行信号分成两路，一路进入信号延迟模块、另一路进入信号寻峰模块，该信号寻峰模块用于判断输入信号是否为有效脉冲信号并输出该输入信号对应的通道信号标志Flag；该信号延迟模块用于将该输入信号延迟到通道信号标志Flag产生的时刻；3)将N个通道信号标志Flag进行或运算，得到信号Eflag；然后将该信号Eflag对应的时刻作为对各信号延迟模块输出信号同时进行电荷积分的时间起点；4)各路信号分别经一积分模块同时进行信号积分，获得相应积分电荷量并存储到对应的能量FIFO模块；5)FIFO读写控制逻辑实时监测任一能量FIFO模块的状态，如果该能量FIFO模块的状态不为空，则读取N路能量FIFO模块的缓存数据发送给数据分析单元。

【技术特征摘要】
1.一种用于PET闪烁晶体性能测试的电子学数据处理方法，其步骤包括：1)将输入的N路高速串行数据流转换为数字化的N路并行信号；2)将串并转换后的每路并行信号分成两路，一路进入信号延迟模块、另一路进入信号寻峰模块，该信号寻峰模块用于判断输入信号是否为有效脉冲信号并输出该输入信号对应的通道信号标志Flag；该信号延迟模块用于将该输入信号延迟到通道信号标志Flag产生的时刻；3)将N个通道信号标志Flag进行或运算，得到信号Eflag；然后将该信号Eflag对应的时刻作为对各信号延迟模块输出信号同时进行电荷积分的时间起点；4)各路信号分别经一积分模块同时进行信号积分，获得相应积分电荷量并存储到对应的能量FIFO模块；5)FIFO读写控制逻辑实时监测任一能量FIFO模块的状态，如果该能量FIFO模块的状态不为空，则读取N路能量FIFO模块的缓存数据发送给数据分析单元。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采集该N路高速串行数据流的方法为：将n×n像素闪烁晶体阵列通过硅脂与n×n像素的硅光电倍增管一对一耦合，用于探测γ射线入射到闪烁晶体像素上产生的电流脉冲；每一硅光电倍增管探测产生的电流脉冲经过放大、成形电路处理后输出一模拟信号，各模拟信号分别经一模数变换器后得到的一路串行数据流，得到该N路高速串行数据流；N＝n×n。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，信号寻峰模块判断输入信号是否为有效脉冲信号信号的方法为：对于输入信号Si，设T0为信号Si的起点，连续采样时刻Tj、Tj+1、Tj+2、Tj+3、Tj+4处的信号幅度分别为Aj、Aj+1、Aj+2、Aj+3、Aj+4；当Aj+2＞Aj+1＞Aj、Aj+2＞Aj+3＞Aj+4以及Aj+2＞AT时，判断信号Si为有效脉冲信号，否则为无效信号；在Tj+5输出该信号Si对应的通道信号标志Flag；其中，AT为信号幅度阈值；该信号延迟模块利用寄存器将信号Si延迟到通道信号标志Flag产生的时刻Tj+5，得到信号Si’。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，AT为大于信号噪声幅度的信号幅度阈值。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述FIFO读写控制逻辑顺序读取N路能量FIFO模块的缓存数据，每个时钟周期读取一个能量FIFO模块的缓存数据，N个时钟周期完成N个能量FIFO数据的读取；然后所述FIFO读写控制逻辑将读取的N个缓存数据发送给预传输网络FIFO进行数据缓存；预传输网络FIFO将缓存数据通过网络传输给所述数据分析单元。6.一种用于PET闪烁晶体性能测试的电子学数据处理系统，其特征在于，包括N个串并转换单元、N个信号延迟模块、N个信号寻峰模块、N个积分模块、N个能量FIFO模块、一FIFO读写控制逻辑单元、一积分起点控制逻辑单元和...

【专利技术属性】
技术研发人员：周魏，章志明，魏龙，魏存峰，李道武，王培林，丰宝桐，胡婷婷，李晓辉，黄欢，黄先超，童腾，何文，蔡佳乐，杨曜，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11