一种全数字化处理装置的原始事件检测模块

摘要

一种全数字化处理装置的原始事件检测模块，涉及医学成像技术领域，特别涉及正电子发射断层成像领域。本发明所述原始事件检测模块具有利用到达时间触发和能量甄别判断各探测器所捕获的γ光子事件所在位置和时间信号是否属于有效事件，如果属于有效事件，则将该γ光子事件所在位置和时间信号按照原始γ光子事件字的格式锁存后输出的装置。本发明能满足全数字化处理的正电子发射断层成像电子学系统的全数字化处理装置的需要。

权利要求

1.一种全数字化处理装置的原始事件检测模块，其特征在于：所述原始事件检测模块利用到达时间触发和能量甄别判断各探测器所捕获的γ光子事件所在位置和时间信号是否属于有效事件，如果属于有效事件，则将该γ光子事件所在位置和时间信号按照原始γ光子事件字的格式锁存后输出；

所述原始事件检测模块包括位置信号基线恢复器、位置信号堆积恢复器、位置信号数字积分器、时间信号基线恢复器、时间信号堆积恢复器、到达时间检测器、事件时间计算器、X位置信号基线恢复器、X位置信号堆积恢复器、X位置信号数字积分器、Y位置信号基线恢复器、Y位置信号堆积恢复器、Y位置信号数字积分器、事件能量计算器、事件位置计算器、晶体查找表、能量甄别器和原始事件字拼接器；

所述位置信号基线恢复器、时间信号基线恢复器、X位置信号基线恢复器和Y位置信号基线恢复器分别通过A/D转换器连接在相应的探测器上；

所述位置信号基线恢复器通过所述位置信号堆积恢复器与位置信号数字积分器连接；

所述X位置信号基线恢复器通过X位置信号堆积恢复器与X位置信号数字积分器连接；

所述Y位置信号基线恢复器通过Y位置信号堆积恢复器与Y位置信号数字积分器连接；

所述时间信号基线恢复器通过时间信号堆积恢复器与到达时间检测器连接；

所述到达时间检测器的信号输出端分别连接在事件时间计算器和位置信号数字积分器、X位置信号数字积分器、Y位置信号数字积分器；

所述事件时间计算器的输出端连接在所述原始事件字拼接器上；

所述晶体查找表、位置信号数字积分器、X位置信号数字积分器、Y位置信号数字积分器的信号输出端分别连接在事件位置计算器上；

所述位置信号数字积分器的信号输出端还通过所述事件能量计算器分别连接在所述能量甄别器和原始事件字拼接器上；

所述能量甄别器的信号输出端连接在所述原始事件字拼接器上。

说明书

一种全数字化处理装置的原始事件检测模块

技术领域

[0001] 本发明涉及医学成像技术领域，特别涉及正电子发射断层成像领域。

背景技术

[0002] 正电子发射断层成像（Positron Emission Tomography，PET）是一种核医学成像技术。它可以在分子水平上对人体内组织的功能信息，如生理、病理变化等进行实时、无创、动态的在体成像，在诸如癌症的早期检测、诊断、分级、治疗方案制定、疗效评价和跟踪、复发检测等方面具有不可替代的作用。

[0003] PET成像的基本原理是：向人体注射经过放射性同位素（如F18等）标记的药物，这些药物到达人体内部的器官和组织。放射性同位素由于衰变释放出β粒子。β粒子在人体内湮灭后产生一对方向相反的γ光子。这一对γ光子穿过人体组织后分别投影在探测器阵列上。探测器阵列上的两个探测器模块同时检测到这两个γ光子，称为符合（coincidence）检测。两个探测器之间的几何连线反映了γ光子穿过人体的方向，称为响应线（Line of Response，LOR）。对所有的响应线进行数据采集后，通过计算机三维重建技术，可以获得人体内放射性同位素药物的空间、浓度和时间分布，并可以采用图像的形式形象地加以显示和呈现。从上述成像原理也可以看出，PET成像的的主要功能单元包含探测器、电子学系统和计算机算法及软件三个部分。

[0004] 传统的PET成像设备是一个非常复杂的系统。其中的电子学系统需要完成探测器信号的读出、信号处理、符合检测和数据采集等功能。传统的做法是采用多个分离的部件来实现这些功能，体积庞大，部件之间的连接复杂，检测和调试繁琐，不仅成本较高，而且系统整体可靠性差。由于这些分离的部件功能单一固定，系统功能的调整和可升级性差，较难满足现代技术和临床应用的更新和发展。

[0005] 这些因素都造成了传统的PET成像设备结构比较复杂，设计和生产成本高，生产周期长。

[0006] 为了简化系统，发明人提出一种全数字化处理的正电子发射断层成像电子学系统的全数字化处理装置，由于采用全数字化的方式实现PET信号检测、处理和数据采集等，系统集成度高，功能强大，处理实时性好，性能稳定可靠，系统功能调整和升级方便。

[0007] 在全数字化处理的正电子发射断层成像电子学系统的全数字化处理装置中核心部件为将捕获到的γ光子事件所在位置和时间信号原始事件检测模块。

发明内容

[0008] 本发明目的就是研究一种与全数字化处理的正电子发射断层成像电子学系统的全数字化处理装置配套的原始事件检测模块。

[0009] 本发明所述原始事件检测模块具有利用到达时间触发和能量甄别判断各探测器所捕获的γ光子事件所在位置和时间信号是否属于有效事件，如果属于有效事件，则将该γ光子事件所在位置和时间信号按照原始γ光子事件字的格式锁存后输出的装置。

[0010] 来自探测器模块的γ光子事件所在位置和时间信号首先通过基线恢复器和堆积恢复器，以消除信号基线移动以及堆积事件的影响，进而将堆积后的事件分离并还原；到达时间检测器从时间信号中提取事件的到达时间；事件时间计算器对事件的到达时间赋予一个以系统时钟为单位的时间值，事件时间计算器可以是一个计数器加一个锁存输出单元；数字积分器对位置信号进行积分处理，积分的本质是电荷电量的累积，积分时间的起点可以是前述的事件到达时间，终点可以由积分时间常数决定；事件能量计算器从位置和信号的积分值中提取事件的能量信息，是位置和信号的积分数值与实际事件能量之间的标定关系；事件位置计算器从位置信号中计算事件在探测器表面的二维坐标值，由于探测器往往采用晶体阵列的形式，因此计算得到的表面二维坐标值可以通过晶体查找表对应到相应的晶体单元，并作为最终的事件位置输出。能量甄别器通过对事件能量的判断来确定探测器捕获到的事件是否是一个好的事件，能量甄别器可以是一个比较器，比较器的上限和下限分别代表了系统所设置的能量窗口。原始事件字拼接器将通过能量甄别的事件的相关信息按照约定的原始事件字的格式排列后锁存输出。

[0011] 本发明能很好的还原自探测器接收的γ光子事件所在位置和时间信号，以便提供系统事件的分类和传输。本发明能满足全数字化处理的正电子发射断层成像电子学系统的全数字化处理装置的需要，能将一对γ光子穿过人体组织后被探测器环上的两个探测器同时捕获所形成的事件接收后进行相应的处理和符合检测，形成符合事件以及相应的响应线信息，再将所有的响应线信息以列表模式数据的形式送往图像工作站，以便进行数据处理及三维重建。

[0012] 具体的所述原始事件检测模块可以包括位置信号基线恢复器、位置信号堆积恢复器、位置信号数字积分器、时间信号基线恢复器、时间信号堆积恢复器、到达时间检测器、事件时间计算器、X位置信号基线恢复器、X位置信号堆积恢复器、X位置信号数字积分器、Y位置信号基线恢复器、Y位置信号堆积恢复器、Y位置信号数字积分器、事件能量计算器、事件位置计算器、晶体查找表、能量甄别器和原始事件字拼接器；

[0013] 所述位置信号基线恢复器、时间信号基线恢复器、X位置信号基线恢复器和Y位置信号基线恢复器分别通过A/D转换换器连接在相应的探测器上；

[0014] 所述位置信号基线恢复器通过所述位置信号堆积恢复器与位置信号数字积分器连接；

[0015] 所述X位置信号基线恢复器通过X位置信号堆积恢复器与X位置信号数字积分器连接；

[0016] 所述Y位置信号基线恢复器通过Y位置信号堆积恢复器与Y位置信号数字积分器连接；

[0017] 所述时间信号基线恢复器通过时间信号堆积恢复器与到达时间检测器连接；

[0018] 所述到达时间检测器的信号输出端分别连接在事件能时计算器和位置信号数字积分器、X位置信号数字积分器、Y位置信号数字积分器；

[0019] 所述事件能时计算器的输入端连接在所述原始事件字拼接器上；

[0020] 所述晶体查找表、位置信号数字积分器、X位置信号数字积分器、Y位置信号数字积分器的信号输出端分别连接在所述原始事件字拼接器上；

[0021] 所述位置信号数字积分器的信号输出端还通过所述事件能量计算器分别连接在所述能量甄别器和原始事件字拼接器上；

[0022] 所述能量甄别器的信号输出端连接在所述原始事件字拼接器上。

附图说明

[0023] 图1为本发明原始事件检测模块的功能结构框图。

具体实施方式

[0024] 如图1所示，原始事件检测模块包括位置信号基线恢复器、位置信号堆积恢复器、位置信号数字积分器、时间信号基线恢复器、时间信号堆积恢复器、到达时间检测器、事件时间计算器、X位置信号基线恢复器、X位置信号堆积恢复器、X位置信号数字积分器、Y位置信号基线恢复器、Y位置信号堆积恢复器、Y位置信号数字积分器、事件能量计算器、事件位置计算器、晶体查找表、能量甄别器和原始事件字拼接器。

[0025] 位置信号基线恢复器、时间信号基线恢复器、X位置信号基线恢复器和Y位置信号基线恢复器分别通过A/D转换器连接在相应的探测器上。

[0026] 位置信号基线恢复器通过所述位置信号堆积恢复器与位置信号数字积分器连接。

[0027] X位置信号基线恢复器通过X位置信号堆积恢复器与X位置信号数字积分器连接。

[0028] Y位置信号基线恢复器通过Y位置信号堆积恢复器与Y位置信号数字积分器连接。

[0029] 时间信号基线恢复器通过时间信号堆积恢复器与到达时间检测器连接。

[0030] 到达时间检测器的信号输出端分别连接在事件能时计算器和位置信号数字积分器、X位置信号数字积分器、Y位置信号数字积分器。

[0031] 事件能时计算器的输入端连接在所述原始事件字拼接器上。

[0032] 晶体查找表、位置信号数字积分器、X位置信号数字积分器、Y位置信号数字积分器的信号输出端分别连接在所述原始事件字拼接器上。

[0033] 位置信号数字积分器的信号输出端还通过所述事件能量计算器分别连接在所述能量甄别器和原始事件字拼接器上。

[0034] 能量甄别器的信号输出端连接在所述原始事件字拼接器上。

[0035] 来自探测器模块的位置和时间信号首先通过基线恢复器和堆积恢复器，以消除信号基线移动以及堆积事件的影响。作为一种实现方式，基线恢复器可以对事件到达前的若干点信号进行平均，作为基线的参考值，并将输入信号减去相应的参考值达到基线恢复的目的。作为一种实现方式，堆积恢复器可以利用事先计算存储的信号波形模板对输入信号进行匹配处理，进而将堆积后的事件分离并还原。

[0036] 到达时间检测器从时间信号中提取事件的到达时间。作为一种实现方式，到达时间检测器可以采用上升沿鉴别的方法，或者常数分量鉴别（Constant Fractional Discriminator，CFD）的方法。

[0037] 事件时间计算器对事件的到达时间赋予一个以系统时钟为单位的时间值。作为一种实现方式，事件时间计算器可以是一个计数器加一个锁存输出单元。

[0038] 数字积分器对位置信号进行积分处理。积分的本质是电荷电量的累积。作为一种实现方式，数字积分器可以采用累加器对一段时间范围内的数字信号的值进行累加。积分时间的起点可以是前述的事件到达时间，终点可以由积分时间常数决定。

[0039] 事件能量计算器从位置和信号的积分值中提取事件的能量信息。作为一种实现方式，事件能量计算器可以是一张查找表，表的内容是位置和信号的积分数值与实际事件能量之间的标定关系。

[0040] 事件位置计算器从位置信号中计算事件在探测器表面的二维坐标值。作为一种实现方式，事件位置计算器可以计算x位置与位置和的比值作为事件的X位置坐标，计算y位置与位置和的比值作为事件的Y位置坐标。由于探测器往往采用晶体阵列的形式，因此计算得到的表面二维坐标值可以通过晶体查找表对应到相应的晶体单元，并作为最终的事件位置输出。

[0041] 能量甄别器通过对事件能量的判断来确定探测器捕获到的事件是否是一个好的事件。作为一种实现方式，能量甄别器可以是一个比较器，比较器的上限和下限分别代表了系统所设置的能量窗口。

[0042] 原始事件字拼接器将通过能量甄别的事件的相关信息按照约定的原始事件字的格式排列后锁存输出。