用于TOF-PET前沿甄别减少时间游走的电路和方法技术

本发明专利技术提供了一种用于TOF‑PET前沿甄别时间测量中减少时间游走的电路和方法，涉及TOF‑PET系统信号处理技术领域，电路包括运算放大器，SiPM快信号输入运算放大器的同相输入端，运算放大器的输出端连接有高通滤波器。方法包括对SiPM快信号进行放大，并对放大后的信号进行高通滤波，交流耦合至下一级。本发明专利技术通过优化电路，将SiPM快信号进行高通滤波，将信号的低频部分进行滤除，使其信号的上升沿斜率更高，以此减少前沿甄别中，快信号幅度变化带来的时间游走的影响。同时在保证时间精度的前提下，快信号合并的通道数可以更多，从而减少系统总的后端时间测量电路的通道数，简化电路及后端处理，从而节约成本。

Circuits and methods for TOF-PET front edge discrimination to reduce time travel

【技术实现步骤摘要】
用于TOF-PET前沿甄别减少时间游走的电路和方法
本专利技术涉及一种用于TOF-PET前沿甄别时间测量中减少时间游走的电路和方法，属于TOF-PET系统信号处理

技术介绍
TOF-PET(Time-Of-FlightPositronEmissionTomography)系统是带飞行时间测量的正电子发射计算机断层扫描成像设备，主要由探测器、电子学、数据采集和图像重建组成。其中探测器系统由闪烁体(BGO、LYSO等)，光电转换器件(PMT、SiPM等)和前端读出电子学组成。此系统主要是通过采集判选注入活体的放射性示踪剂产生的一对γ光子来实现对癌症细胞或者目标细胞的扫描成像。对于PET系统来说，有很多参数都会影响其性能，时间分辨率就是其中的重要影响参数之一。PET系统的时间分辨率，是指一对γ光子到达两个探测器的时间的测量的准确度。如果时间分辨率过低，通过飞行时间计算的γ光子发生的空间位置分辨率就会变差，如图1所示，如果飞行时间分辨率差，即其统计分布宽，将会导致在计算γ光子发生的空间位置的分布也宽，使得位置计算不够精确，空间分辨率差，参考公式1，成像效果也受影响。而信号幅度变化引起的timewalk(时间游走)会对系统时间分辨率有很大的恶化作用，所以需要尽量减少timewalk。空间位置分辨率＝时间正太分布σ*2.354*C(C为光速)(1)Timewalk是前沿甄别时间测量中经常出现的影响时间分辨率的一个因素，具体如图2所示。在前沿甄别时间测量中，由于信号存在噪声，所以比较器的阈值也不能设置得非常低，要设置高于噪声，否则容易被噪声误触发。而SiPM输出的快信号形状和带宽固定(上升沿时长固定)，但由于很多因素(散射、串扰、事例堆积等)会使得SiPM快信号输出幅度不一致，当信号幅度不一致时，信号过阈时间点会出现偏差，此偏差就称为timewalk。在图1中，假设信号a、b是一对γ光子产生的SiPM快信号，且其真正起始点为Ta0、Tb0，而Ta、Tb为信号a和b过阈的时间点(即TDC记录的时间点)，信号a、b的测量误差为ΔTa＝Ta-Ta0、ΔTb＝Tb-Tb0，那么这对γ光子的测得的符合时间ΔT＝(Ta-Tb)＝(Ta0+ΔTa)-(Tb0+ΔTb)＝(Ta0-Tb0)+(ΔTa-ΔTb)(2)公式2中(Ta0-Tb0)为真实时间差，(ΔTa-ΔTb)为timewalk引起的误差，所以如果能减少或者消除timewalk引起的误差，那么我们的前沿甄别时间测量ΔT＝Ta0-Tb0，将更接近系统真实值，即系统的时间分辨率得到提升。所以消除timewalk是前沿甄别时间测量中，提高时间分辨率非常重要且必要的因素。现有电路，主要采用SiPM快信号直接或经过运放后输出到比较器进行前沿甄别(即快信号只做放大处理)，比较器甄别后输出的数字信号上升沿，作为时间测量的触发，由此输出信号幅度动态范围大，上升沿斜率不一样，在前沿甄别时会引入timewalk。基于此，做出本申请。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术提供了一种能够用于TOF-PET(Time-Of-FlightPositronEmissionTomography)系统，基于SiPM快信号时间测量，减少前沿甄别timewalk的电路和方法。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：本专利技术的一种用于TOF-PET前沿甄别减少时间游走的电路，包括运算放大器，SiPM快信号输入运算放大器的同相输入端，运算放大器的输出端连接有高通滤波器。进一步地，所述高通滤波器包括串连的电阻和电容，电阻连接于运算放大器的反向输入端与输出端之间，电容连接于运算放大器的输出端。本专利技术一种用于TOF-PET前沿甄别减少时间游走的方法，包括对SiPM快信号进行放大，并对放大后的信号进行高通滤波，交流耦合至下一级。本专利技术的原理：本专利技术通过优化电路，将SiPM快信号进行高通滤波，将信号的低频部分进行滤除，使其信号的上升沿斜率更高，以此减少前沿甄别中，快信号幅度变化带来的timewalk的影响。同时在保证时间精度的前提下，快信号合并的通道数可以更多，从而减少系统总的后端时间测量电路的通道数(如TDC，TimingDigitalConverter)，简化电路及后端处理，从而节约成本。本专利技术的有益技术效果：本专利技术不仅对快信号进行放大，并对其采用高通滤波；通过高通滤波，减少了多像素SiPM阵列电容并联对timewalk的影响。由于高通滤波，降低了噪声水平，阈值设置可以更低，时间测量更精确。并交流耦合，可以避免基线漂移。附图说明图1为γ光子对飞行示意图；图2为Timewalk示意图；图3为优化前电路图；图4为本专利技术优化后电路图；图5为优化前后仿真图；图6为优化前后timewalk对比图；图7为优化前像素点时间分辨率图；图8为优化后像素点时间分辨率图。具体实施方式为了使本专利技术的技术手段及其所能达到的技术效果，能够更清楚更完善的披露，兹提供了以下实施例，并结合附图作如下详细说明：本实施例是一种能够用于TOF-PET(Time-Of-FlightPositronEmissionTomography)系统，基于SiPM快信号时间测量，减少前沿甄别timewalk的电路和方法。在之前处理电路中(优化前)，SiPM快信号输出到运放，将信号做一定增益的放大，电路图如图3所示。即快信号只做放大处理，比较器甄别后输出的数字信号上升沿，作为时间测量的触发。主要会产生以下缺陷：1、输出信号幅度动态范围大，上升沿斜率不一样，在前沿甄别时会引入timewalk；2、信号经过长距离PCB走线传输后，由于分布电容的影响，上升沿变缓，加大timewalk引入的影响；3、多SiPM阵列快信号合并后，多个SiPM内部电容并联后，减缓快信号上升沿，进一步加剧timewalk的影响；4、可合并快信号的像素数量(面积)较小，增加了通道数和后端处理电路及成本；5、信号输出直流耦合，在事例率较高的情况下，有基线漂移的风险。而本实施例通过优化电路，将SiPM快信号放大之后又进行了高通滤波，电路图如图4所示，将信号的低频部分进行滤除，使其信号的上升沿斜率更高，以此减少前沿甄别中，快信号幅度变化带来的timewalk的影响。同时在保证时间精度的前提下，快信号合并的通道数可以更多，从而减少系统总的后端时间测量电路的通道数(如TDC，TimingDigitalConverter)，简化电路及后端处理，从而节约成本。为验证本实施例优化后电路带来的特性，做以下处理：首先通过PSPIS对原放大电路和优化后的放大电路进行仿真对比，其仿真原理图如图5所示，图5中“□”曲线为原放大电路输出信号，“◇”曲线为优化后的放大电路输出信号，可以看到原信号上升时间要大于优化后信号的上升时间。同时，图6为优化前后，不同幅度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于TOF-PET前沿甄别减少时间游走的电路，其特征在于：包括运算放大器，SiPM快信号输入运算放大器的同相输入端，运算放大器的输出端连接有高通滤波器。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于TOF-PET前沿甄别减少时间游走的电路，其特征在于：包括运算放大器，SiPM快信号输入运算放大器的同相输入端，运算放大器的输出端连接有高通滤波器。


2.如权利要求1所述的一种用于TOF-PET前沿甄别减少时间游走的电路，其特征在于：所述高...

【专利技术属性】
技术研发人员：严晗，余李，王武斌，李兴，黄振强，
申请(专利权)人：明峰医疗系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33