一种基于SiPM探测系统的增益控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种基于SiPM探测系统的增益控制装置，涉及及医学影像设备技术领域，包括依次相连的数据采集模块、数据处理与分析模块、FPGA模块、以及带有无级变速控制模块的冷却系统；所述冷却系统和数据采集模块分布于所述探测器系统中；所述数据采集模块，用于采集探测系统的本底计数；所述数据处理与分析模块，用于获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布、本底计数率、以及当前本底计数率与目标本底计数率的偏差量；所述FPGA模块，用于对比偏差值，获取无级变速目标控制量，以及发送无极变速目标控制量指令至所述无级变速控制模块。本实用新型专利技术能实现对SiPM探测器模块温度的均匀有效控制，使SiPM增益保持稳定并实现PET图像质量及性能指标提升。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SiPM探测系统的增益控制装置
本技术涉及医学影像设备
，尤其涉及一种基于SiPM探测系统的增益控制装置。
技术介绍
正电子发射计算机断层显像(PositronEmissionComputedTomography，简称PET)是目前最先进的医疗诊断设备之一。其工作原理是将同位素标记药物注入体内，该放射性核素会释放出正电子，并与体内的负电子快速发生湮灭辐射，并产生两个能量相同，方向相反的γ光子。PET系统通过采用环绕人体的核探测器装置，可以获取光子被探测器探测到的时间、位置和能量信息，并根据该信息重建图像。常用的核探测器包括由多个闪烁晶体组成的晶体阵列(Crystalarray)和光电探测器。其中，晶体阵列用于接收病患体内释放出的光子(例如γ光子)并将其转换成可见光，光电探测器用于将可见光转换成脉冲信号。SiPM(SiliconPhoto—multiplier，硅光电倍增探测器)是近年来逐渐兴起的一种用于光探测领域的光电探测器件，与传统的PMT(Photomultipliertube，光电倍增管)相比，SiPM具有体积小，便于研制成探测器阵列的形式；可在低偏压下工作，具有良好的抗磁场干扰和耐机械冲击性能；具有高增益、高光子探测效率、快速响应、以及优良的时间分辨率和宽光谱响应范围等优点。并且增益值与外部所提供的偏置电压成线性关系，如图1所示。基于SiPM的PET探测器的原理是利用SiPM将探测器晶体模块捕获的高能Gamma光子转化成的低能可见光信号通过光电效应转化为电信号，并进行放大，通常可达到106增益级别，再通过电子学模块进行模拟信号处理并转化为数字信号，再进行信号输出及处理。与传统PMT相比，SiPM具有体积小，抗磁场干扰，高增益，高光子探测效率，良好的时间性能等优点，然而缺点是：受环境温度特别敏感。当环境温度发生变化时，其SiPM的增益会发生漂移，从而导致数据的可信度差。即：环境温度升高，增益下降，随之带来计数率的下降；而当环境温度降低，其增益会增大，随之带来计数率的升高，并且升高和降低与环境温度呈良好的线性关系。如图2所示，从而影响PET探测器系统的探测效率，数据可信度降低，最终导致图像质量及性能指标的下降。因此，迫切需要对SiPM的温度进行控制，保证SiPM的增益不受环境温度的变化而漂移。以免造成PET系统性能指标及图像质量的下降。现有技术中，控制SiPM增益受温度影响的方法有：1)采用冷却方式，即采用水冷或风冷技术对SiPM器件进行冷却。并且所有的SiPM探测器模块，均采用相同的风速或水流速度对器件做冷却。该方法的缺点是，对PET系统中的所有模块的冷却效果不均匀，从而会导致局部模块的温度并不能冷却到预期值。从而造成冷却资源的分配不均；2)采用温度补偿方法，即：通过监控模块的温度，并通过调整对应模块的偏置电压来升高或降低该模块的增益值。该方法的缺点是：增大偏置电压，会导致器件功耗的进一步加大，最终会导致器件温度的进一步升高；3)采用基于温度传感器的实时温度调节方式，即：通过温度传感器，实现对SiPM的温度监控，并进行冷却系统的实时调节。该方法的缺点是：由于需要增加温度传感器及温度值传输系统，会增加电路的复杂度。并且，若温度传感器的位置分布不合理，其所传输的温度值并不能正确的反映当前SiPM的实际温度，因此，会导致温度调节的不合理。基于此，本案由此产生。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本技术提供了一种基于SiPM探测系统的增益控制装置，能实现对SiPM探测器的温度均匀控制，使SiPM增益保持稳定，最终实现PET系统性能指标及图像质量的提升。为了实现上述目的，本技术采取的技术方案如下：一种基于SiPM探测系统的增益控制装置，包括依次相连的数据采集模块、数据处理与分析模块、FPGA模块、以及带有无级变速控制模块的冷却系统；所述冷却系统和数据采集模块分布于所述探测器系统中；所述数据采集模块，用于采集探测系统的本底计数；所述数据处理与分析模块，用于获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布、本底计数率、以及当前本底计数率与目标本底计数率的偏差量；所述FPGA模块，用于对比偏差值，获取无级变速目标控制量，以及发送无极变速目标控制量指令至所述无级变速控制模块；所述无级变速控制模块根据指令实现对冷却系统的调速。作为优选，所述FPGA模块，是基于查表法，获取每个探测器模块本底计数率偏差量，并查找本底计数率偏差量-温度-目标变速控制量关系表，获取当前即时本底计数率下的目标变速控制量值。作为优选，所述冷却系统为水冷/风冷系统。作为优选，所述无级变速控制模块通过控制所述水冷/风冷系统的电机，以实现水流速度/风扇转速的控制。作为优选，所述无级变速控制模块采用可编程控制器或单片机。一种基于SiPM探测系统的增益控制方法，包括以下：采集探测系统的本底计数；获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布；计算出所有探测器模块的本底计数率；计算当前本底计数率与目标本底计数率的偏差量；对比偏差量，获取无级变速目标控制量；发送无极变速目标控制量指令。作为优选，还包括数据异常判断步骤，获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布后，判断是否出现异常数据，若出现异常数据则检查更换后重新采集本底数据，若未出现异常则再计算出所有探测器模块的本底计数率。本技术的原理和有益效果：通过获取当前状态的本底计数率及本底计数分布，并计算当前本底计数率与目标本底计数率的偏差，并通过调整无极变速器变化量来控制冷却系统，实现对SiPM探测器模块温度的均匀有效的控制，使SiPM增益保持稳定并，最终实现PET图像质量及性能指标的提升。(1)本技术采用基于无极变速控制器的冷却系统实现，可以取代传统温控方法。(2)本技术通过获取各模块的本底计数率及对应的本底计数分布，并根据当前实际本底计数率与目标本底计数率，计算出无极变速控制系统的变化量，从而控制冷却系统，达到控制温度的目的。(3)本技术能有效实现PET系统各模块的冷却效果一致，从而保证了各模块的增益一致性及冷却资源的合理利用。(4)本技术不会增加SiPM器件自身的额外功耗，降低了电路的复杂度。附图说明图1为增益与偏置电压的关系曲线图；图2为增益与环境温度的关系曲线图；图3为本技术一种基于SiPM探测系统的增益控制装置的模块控制框图；图4为本技术一种基于SiPM探测系统的增益控制方法的流程图；图5为实施例1风冷系统散热片示意图；图6为实施例1PET系统所有模块本底计数分布示意图；图7为实施例1风扇组件转速与模块本底计数率关系曲线图；图8为实施例2PET系统所有模块本底计数分布示意图；图9为实施例2水流速与模块本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SiPM探测系统的增益控制装置，其特征在于：包括依次相连的数据采集模块、数据处理与分析模块、FPGA模块、以及带有无级变速控制模块的冷却系统；所述冷却系统和数据采集模块分布于所述探测系统中；/n所述数据采集模块，用于采集探测系统的本底计数；/n所述数据处理与分析模块，用于获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布、本底计数率、以及当前本底计数率与目标本底计数率的偏差量；/n所述FPGA模块，用于对比偏差值，获取无级变速目标控制量，以及发送无极变速目标控制量指令至所述无级变速控制模块；/n所述无级变速控制模块根据指令实现对冷却系统的调速。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于SiPM探测系统的增益控制装置，其特征在于：包括依次相连的数据采集模块、数据处理与分析模块、FPGA模块、以及带有无级变速控制模块的冷却系统；所述冷却系统和数据采集模块分布于所述探测系统中；
所述数据采集模块，用于采集探测系统的本底计数；
所述数据处理与分析模块，用于获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布、本底计数率、以及当前本底计数率与目标本底计数率的偏差量；
所述FPGA模块，用于对比偏差值，获取无级变速目标控制量，以及发送无极变速目标控制量指令至所述无级变速控制模块；
所述无级变速控制模块根据指令实现对冷却系统的调速。


2.如权利要求1所述的一种基于SiPM探测系统的增...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国城，钱华，叶宏伟，马兴江，
申请(专利权)人：明峰医疗系统股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33