BR112013026944B1 - Método e dispositivo para extrair informação por impulso de cintilação - Google Patents
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Abstract
método e dispositivo para extrair informação por impulso de cintilação. um método para extrair informação por impulso de cintilação inclui os seguintes passos: 1. obter um valor pico do impulso de cintilação numa determinada variação do espectro de energia e selecionar, pelo menos, três limites de tensão de acordo com o valor pico; 2. determinar o tempo em que o impulso de cintilação passa através de cada limite de tensão, em que cada valor tempo e seu respectivo limite de tensão formam um ponto de amostragem; 3. seleccionar múltiplos pontos de amostragem como pontos de amostragem para reconstrução e reconstrução da onda de impulso; 4. obter os dados do impulso de cintilação original utilizando a onda do impulso reconstruída. um dispositivo para extrair informação por impulso de cintilação inclui um módulo de estabelecimento de limite de tensão (100), um módulo de amostragem de tempo (200), um módulo de reconstrução do impulso (300) e um módulo de aquisição de informação (400).
Description
A presente invenção refere-se ao campo de detectores em física de alta energia e processamento de sinal e, em particular, a um método de dispositivo para obter informação por impulso de cintilação, que é aplicável à detecção de partículas de alta energia, equipamentos de imagiologia médica nuclear, etc.
Na maior parte do campo da detecção de partículas de alta energia e no campo de imagiologia médica, tal como tomografia computorizada (designada como CT), tomografia de emissão de positrões (designada como PET) e tomografia computorizada de emissão de fotão único (designada como SPECT), o sinal por Impulso de cintilação recolhido e processado pelo sistema de aquisição de dados é um sinal eléctrico observável, obtido pela conversão de luz visual através de um dispositivo de conversão fotoeléctrica e a luz visível e a luz visível é obtida pela conversão de partículas de alta energia (tais como raio y θ raio X) por meio de um cristal de cintilação. Uma forma típica de onda do impulso de cintilação é representada na Figura 1. A informação de tempo do impul so de cintilação é obtida por medição do tempo dum ponto relativamente fixo no impulso. A informação da energia do impulso de cintilação é obtida por meio de cálculo do volume total de cargas eléctricas conduzidas pelo impulso, isto é, a área da onda do impulso. A informação de posição do impulso de cintilação é a posição relativa (X, Y) do impulso de cintilação no detector obtida pela comparação de quatro "sinais angulares" gerados pelo detector.
Num sistema de aquisição de dados por impulso de cintilação tradicional, a informação obtida tem como base o circuito analógico ou o circuito híbrido digital-analógico. O sinal de impulso de cintilação de alta velocidade necessita ser processado por amplificação analógica, filtragem, integração e semelhantes e o deslocamento poderá ocorrer para o circuito analógico tal como a mudança da temperatura e tempo. Por conseguinte, é difícil manter o desempenho do detector num estado ideal. Para além disso, a amplificação analógica, filtragem e integração são desempenhadas de acordo com características específicas dum determinado detector. Por conseguinte, o método que obtém informação por impulso de cintilação possui uma adaptabilidade fraca relativamente aos diferentes detectores.
A maioria dos métodos que obtêm informação por impulso de cintilação para efeitos de obtenção de impulso de cintilação são baseados no conversor analógico-digital (designado como ADC). E porque o tempo de subida do impulso de cintilação situa-se normalmente entre 1ns e 10ns, e a constante do tempo de declínio situa-se normalmente entre 10ns e 300ns (dependendo do tipo do detector), é necessário que a velocidade de amostra do ADC seja superior a 1GHz para efeitos de resolução de tempo aceitável e é necessário que a velocidade de amostra do ADC seja superior a 200MHz para efeitos de resolução de energia e resolução de espaço aceitáveis. Igualmente, a alta taxa de amostragem do ADC requer uma alta velocidade de processamento e uma largura de banda de transmissão elevada, o que torna o desenho do sistema de obtenção de dados difícil. No sistema de aquisição de dados por impulso de cintilação digital existente, são ainda necessários circuitos analógicos para filtragem e modelação para converter um impulso de cintilação de alta velocidade num sinal de baixa velocidade e a amostragem é realizada por meio dum ADC de baixa velocidade. Por conseguinte, um sistema de aquisição de dados totalmente digital baseado no ADC para amostragem por impulso de cintilação não pode ser obtido pelas tecnologias existentes.
Actualmente, são facultados um método e um dispositivo para detecção de fotõess gama (US7199370B2). Energia, tempo de pico e uma constante de tempo de declínio podem ser obtidos ao se utilizar este método sem um ADC. Neste método são previamente estabelecidas duas tensões de referência: I'e lz com Vt<V,, a diferença de tempo de ttJ entre o tempo em que a tensão limite de declínio do impulso é Vte o tempo em que a tensão limite de declínio do impulso é V,é medida e a constante do tempo de declínio Tdo impulso de cintilação pode ser calculado pela fórmula:
São. então, previamente estabelecidas duas tensões de referência - I7*, e Vt, o período de tempo de tkdurante 0 qual a amplitude da tensão do impulso é superior a Vke o período de tempo tt durante 0 qual a amplitude da tensão do impulso é superior aVt são medidos e a amplitude do pico V do impulso de cintilação pode ser calculado pela fórmula;
em que s=V1/Vk-1, e Vp podem representar um valor relativo da energia do impulso. É depois previamente estabelecida uma tensão de referência Vm,o período de tempo tmlentre 0 tempo em que a tensão limite de subida do impulso é de e o tempo em que a tensão limite de subida do impulso é de é medido e 0 momento do pico tp do impulso da cintilação pode ser calculado pela fórmula: 
No entanto, este método tem as seguintes três desvantagens: (1) o tempo medido no método é um período de tempo entre dois pontos num impulso, 0 qual não é 0 tempo absoluto dos dois pontos; por conseguinte, o momento de pico tp do impulso obtido no método representa apenas o tempo relativo de todo o impulso, isto é, em que período de tempo do impulso ocorre o pico, ao invés de representar o tempo absoluto em que o pico ocorre, (2) a informação da posição do impulso de cintilação não pode ser obtido no método , (3) a energia do impulso é obtida com um grande erro considerando que são utilizadas apenas duas tensões para se adquirir a energia do impulso no método. Tendo em conta o que precede, um sistema de adquisição de dados de impulso de cintilação digital não pode ser obtido ao se utilizar o método independentemente.
Um novo método de amostragem, o qual é um método de amostragem MVT baseado num princípio de amostragem de tempo, é proposto por Qingguo Xie etc. em 2005. Na amostragem MVT, o tempo é apresentado com uma determinada tensão de amostragem para obter um ponto de amostragem, diferente da amostragem do ADC, no qual a tensão é apresentada com um determinado tempo de amostragem.
Ao se proceder à amostragem ao limite de subida do impulso de cintilação que utilize o método de amostragem MVT e que realiza um ajuste linear dos pontos de amostragem obtidos, é possível obter o tempo de informação (Qingguo Xie, Chien-Min Kao, Xi Wang, Ning Guo, Caigang Zhu, Henry Frisch, William W. Moses e Chin-Tu Chen, “Potentials of Digitally Sampling Scintillation Pulses in Timing Determination in PET,” IEEE Trans. Nucl. Sci., Vol 56, Issue 5, pp. 2607-2613, 2009) e a informação de energia numa determinada variação do espectro de energia (H. Kim, C. Kao, Q. Xie, C. Chen, L Zhou, F. Tang, H. Frisch, W. Moses, W. Choong, “A multi-threshold sampling method for tof-pet signal processing," Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Vol. 602, Issue 2, pp. 618-621, 2009) do impulso original. No entanto, nos dois métodos publicados, o número de limites de tensão é pequeno, o método de estabelecido é simples e os pontos de amostragem são utilizados para cálculo, deste modo originando um desvio óbvio, o qual implica que o impulso de cintilação em toda a variação do espectro de energia não possa ser medido com precisão com limites de tensão finitos, principalmente quando a amplitude do impulso de cintilação é pequeno. A informação de posição do impulso de cintilação deverá ser obtida pela divisão dum impulso de cintilação com uma amplitude normal em quatro impulsos de cintilação (sinais angulares) com diferentes tamanhos por meio de uma rede de resistência e comparando as proporções das amplitudes (energia) dos quatro impulsos de cintilação; no entanto, a informação de posição do impulso de cintilação não pode ser adquirida quando se utilizam os dois métodos publicados, tendo em conta que todas as amplitudes dos quatro impulsos são pequenas.
Uma onda típica do impulso de cintilação é apresentada na Figura 1 e a onda inclui um limite de subida que aumenta rapidamente e um limite de declínio que cai devagar, A velocidade crescente do limite de subida depende do cristal de cintilação e do dispositivo de conversão fotoeléctrica e a velocidade decrescente do limite de declínio depende da característica do cristal de cintilação.
Independentemente do ruído, o modelo de impulso de cintilação pode ser expresso em múltiplas formas. Normalmente, o impulso de cintilação simples é considerado como um modelo de sinal ideal, incluindo um limite de subida que aumenta linearmente e um limite de declínio que cai exponencialmente. A onda do impulso de cintilação ideal é representada na Figura 2 e o modelo de onda é expresso como equação (1):
(1) em que LineK é a inclinação da linha recta do limite de subida e LineK>0, LineB é a intercepção do limite de subida, o qual pode ser um valor arbitrário e que possui uma relação linear com o tempo de partida do limite de subida, ExpK é uma constante do tempo de declínio e ExpK<0, o parâmetro ExpB pode ser um valor arbitrário e possui uma relação linear com o tempo de partida do limite de declínio e tp é o tempo do pico do impulso. Por conseguinte, um impulso de cintilação ideal é expresso por quatro parâmetros LineK, LineB, ExpK e ExpB. A informação, tal como o tempo de partida, o tempo de pico, a amplitude de pico, a energia e a constante de declínio do sinal de impulso de cintilação pode ser calculada a partir destes quatro parâmetros por meio das seguintes fórmulas: o tempo de partida do impulso r0 
(2) (b) o tempo de pico tp, uma solução aproximada pode ser obtida ao se resolver a equação (3), LineKx t + LineB = exp(ExpKx t + ExpB) (3) (c) a amplitude de pico Vp Vp = LineKxtp + LineB (4) (d) a energia E 
(5) (e) a posição P(X,Y) 
(6) em que E1, E2, E3 e E4, são respectivamente valores de energia dos quarto sinais angulares que formam 0 impulso, e (f) a constante de declínio t 
(7)
Um objecto da invenção é apresentar um método para obter digitalmente informação por impulso de cintilação. No método, 0 impulso de cintilação é processado como amostra utilizando limites de tensão e um temporizador de alta precisão, os pontos de amostragem apropriados são seleccionados para reconstruir a onda do impulso de cintilação e é adquirida informação, tal como a informação de tempo, informação de energia, informação de posição e constante de tempo de declínio do impulso original. No método, os dados do impulso de cintilação podem ser digitalmente adquiridos e processados independentemente dum circuito analógico completo, o que aumenta a estabilidade do sistema que obtém dados de impulso de cintilação e a adaptabilidade a tipos diferentes de detectores. É igualmente apresentado, na presente invenção, um dispositivo para implementação do método.
O método para digitalmente obter informação por impulso de cintilação apresentado pela presente invenção inclui os seguintes passos: (1) estabelecimento múltiplos limites de tensão de acordo com a característica do impulso de cintilação, (2) recolha do tempo em que a tensão do impulso de cintilação aumenta e cai para cada um dos limites de tensão, em que cada momento e respectivo limite de tensão formam um ponto de amostragem. (3) selecção de pontos de amostragem apropriados de acordo com o número de limites de tensão desencadeados e reconstrução duma onda de impulso de cintilação utilizando os pontos de amostragem, e (4) aquisição de informação, tal como, a informação de tempo, a informação de energia, a informação de posição e a constante de tempo de declínio do impulso de cintilação original da onda de impulso de cintilação reconstruída.
Um dispositivo para digitalmente obter informação por impulso de cintilação facultado pela presente invenção inclui um módulo de estabelecimento de limite de tensão, um módulo de amostragem de tempo, um módulo de reconstrução de impulso e um módulo de aquisição de informação, sendo que o módulo de estabelecimento de limite de tensão se encontra ligado a um detector final como um interface analógico e com capacidade de definir amplitude para cada limite de tensão de acordo com as características do impulso gerado pelo detector. o módulo de amostragem de tempo adquire o tempo quando a tensão do impulso de cintilação aumenta para cada limite de tensão e o tempo em que a tensão do impulso cai para cada limite de tensão e transmite um ponto de amostragem que consiste no tempo e respectivo limite de tensão para o módulo de reconstrução do impulso, o módulo de reconstrução do impulso reconstrói a onda do impulso original ao utilizar o ponto de amostragem de acordo com um modelo de impulso, e o módulo de aquisição de informação, tal como a informação do tempo, informação da energia, informação da posição, constante do tempo de declínio do impulso original utilizando a onda de impulso reconstruída.
No método para digitalmente se obter informação por impulso de cintilação de acordo com a presente invenção, são primeiramente estabelecidas múltiplos limites de tensão de acordo com a característica do impulso de cintilação detectado, o tempo em que a tensão do impulso de cintilação aumenta ou cai para cada limite de tensão é medido com precisão, em que o tempo medido e respectivo limite de tensão formam um ponto de amostragem, são seleccionados pontos de amostragem apropriados de acordo com o número de limites de tensão desencadeados pelo impulso de cintilação, o impulso de cintilação original é reconstruído utilizado os pontos de amostragem de acordo com o modelo de impulso de cintilação e a informação, tal como informação de tempo, informação de energia, informação de posição e constante do tempo de declínio do impulso original são adquiridas a partir da onda de impulso de cintilação reconstruída. De acordo com o método, é possível obter o sistema de processamento e de aquisição de dados de impulso de cintilação totalmente digital, o que aumenta a estabilidade do sistema que obtém dados por impulso de cintilação e a adaptabilidade a tipos diferentes de detectores. É igualmente apresentado, na presente invenção, um dispositivo para implementação do método.
Figura 1 é um sinal típico de impulso de cintilação.
Figura 2 é um modelo ideal de impulso de cintilação.
Figura 3 é um fluxograma dum método para informação por impulso de cintilação de acordo com a presente invenção.
Figura 4 é um diagrama da estrutura do sistema dum dispositivo para informação por impulso de cintilação de acordo com a presente invenção.
Figura 5 é um histograma duma distribuição atempada obtida pela presente invenção.
Figura 6 é um histograma de espectro de energia obtido pela presente invenção.
Figura 7 é um perfil de posição obtido pela presente invenção.
Figura 8 é um histograma duma constante de declínio dum impulso de cintilação obtido pela presente invenção.
As soluções técnicas da presente invenção são descritas abaixo em detalhe conjuntamente com os desenhos e realizações que as acompanham.
Tal como apresentado na Figura 3, um método de acordo com a presente invenção inclui os seguintes passos (1) a (4). (1) Estabelecer, pelo menos, três limites de tensão de acordo com a característica do impulso de cintilação, o qual inclui os seguintes passos (1.1) a (1.2). (1.(1) Adquirir a característica do impulso de cintilação, o qual obtém um Pico de amplitude média do pico do impulso de cintilação numa determinada variação do espectro de energia. A variação do espectro de energia é estabelecida de acordo com a energia do 15 impulso de cintilação alvo baseado na experiência e normalmente não excede -40% a +40% da energia do pulso de cintilação alvo. (1.(2) Estabelecer amplitudes, pelo menos, dos três limites de tensão de acordo com o Pico de amplitude médio do pico do impulso de cintilação. O limite de tensão mais elevado é normalmente estabelecida como não superior ao Pico e não inferior ao Pico 0,7, e o limite 20 mais baixo é normalmente estabelecido como não superior ao Pico 0,1 e não inferior a 0. O número de limites de tensão entre Pico 0,1 e Pico 0,6 não é inferior a um. O número de limites de tensão não é inferior a 3 e o número limites de tensão não tem normalmente um limite superior. Os outros limites de tensão podem ser estabelecidos em qualquer posição entre o limite de tensão mais baixo e limite de tensão mais elevado. (2) Registar o tempo em que o limite de subida do impulso aumenta para cada um dos limites de tensão e o tempo em que o limite de declínio do impulso cai para cada um dos limites de tensão e cada tempo e respectivo limite de tensão formam um ponto de amostragem.
O tempo t em que a tensão do pulso de cintilação passa pelo limite de tensão V (i.e., 30 desencadeia o limite de tensão V) é registado, t é um dado unidimensional em todo o processo de detecção. A precisão da contagem de t não é superior a 1 ns e o erro é inferior a 500ps. Para um limite Vb o tempo th em que a tensão do impulso de cintilação aumenta para V, e o tempo t|2 em que a tensão do impulso de cintilação decresce para V, são registados, de modo a que dois pontos de amostragem de tempo Sn (VÍ,tu) e Si2(Vhte) do 35 impulso para o limite V, sejam obtidos, os quais correspondem a um ponto de amostragem de limite de subida e a um ponto de amostragem de limite de declínio respectivamente. (1.(3) eccionar pontos de amostragem apropriados como pontos de amostragem de reconstrução e reconstrução da onda do impulso de cintilação de acordo com um modelo de impulso de cintilação, o qual inclui os seguintes passos (3.1) a (3.4). (3.(1) Seleccionar os pontos de amostragem gerados por, pelo menos, dois limites de tensão entre o mais alto e o mais baixo dos limites de tensão desencadeados tal como os pontos de amostragem de reconstrução num caso em que o número N dos limites de tensão desencadeados pelo impulso é superior a três, no qual se pretende selecionar mais pontos de amostragem como pontos de amostragem de reconstrução e selecionar os pontos de amostragem gerados por todos os limites de tensão desencadeados como pontos de amostragem de reconstrução num caso em que o número N dos limites de tensão desencadeados pelo impulso não é superior a três. (3.(2) Realizar um ajuste linear nos pontos de amostragem de reconstrução gerados pelo limite de subida do impulso de cintilação de acordo com a equação que se segue para se obter parâmetros de reconstrução do limite de subida LineKand LineB \ y(x) =LineK x x + LineB (1) em que LineK é a inclinação da linha recta do limite de subida e LineK>0, LineB é a intercepção do limite de subida e que pode ser um valor arbitrário, x é o tempo obtido pela amostragem de tempo e >(x) é o limite de tensão que corresponde ao tempo x.No método, o limite de subida do impulso pode ser reconstruído de acordo com o modelo de impulso de cintilação. (3.(3) Realizar um ajuste expoente nos pontos de amostragem de reconstrução gerados pelo limite de declínio do impulso de cintilação de acordo com a equação que se segue para se obter parâmetros de reconstrução do limite de declínio ExpK e ExpB para reconstrução: y(x) = exp(ExpKx x + ExpB) (2) em que ExpK é uma constante do tempo de declínio e ExpK<0, o parâmetro ExpBpode ser um valor arbitrário, xé o tempo obtido por amostragem de tempo e j(x) é o limite de tensão que corresponde ao tempo x. No método, o limite de declínio do impulso pode ser igualmente reconstruído de acordo com outro modelo de impulso de cintilação. (3.(4) Obter quatro parâmetros LineK, LineB, ExpK e ExpB para reconstrução da onda do impulso. (3.(5) uirir informação, tal como informação de tempo, informação de energia, informação de posição e a constante de tempo de declínio do impulso original a partir da onda do impulso de cintilação reconstruído, o qual inclui os seguintes passos (4.1) a (4.4). (4.(1) Adquirir o tempo do impulso t0
(3) (4.(2) Adquirir a energia do impulso E 
(4) (4.(3) Adquirir a posição do impulso P(X,Y) 
(5) em que Ex, £'2, £3 e £’4 são respectivamente valores de energia de quarto sinais angulares que formam o impulso. (4.(4) Adquirir a constante do tempo de declínio do impulso t 
(6)
Figura 5 é um diagrama dum resultado que se adapta a uma resolução de tempo obtida por meio de aquisição de informação de tempo do impulso de cintilação utilizando o método proposto pela presente invenção. Figura 6 é um diagrama dum resultado duma resolução de energia de fotões gama obtida por meio de aquisição de informação de energia do impulso de cintilação utilizando o método proposto pela presente invenção. Figura 7 é um diagrama dum resultado dum espectro de posição do detector PET obtido por meio de aquisição de informação de posição do impulso de cintilação utilizando o método proposto pela presente invenção. Figura 8 é um diagrama dum resultado duma distribuição da constante de tempo de declínio do impulso de cintilação utilizando o método proposto pela presente invenção.
Um diagrama de estrutura de sistema dum dispositivo para obter informação por impulso de cintilação de acordo com a presente invenção é apresentado na Figura 4. O dispositivo inclui um modelo de amostragem de limite 100, um módulo de amostragem de tempo 200, um módulo de reconstrução de impulso 300 e um impulso de obtenção de informação 400.
O módulo de estabelecimento do limite de tensão 100 é adaptado para definir, pelo menos, três limites de tensão separados uns dos outros de acordo com a característica do impulso de cintilação, para gerar um sinal de desencadeamento quando a tensão do impulso de cintilação aumenta para cada um dos limites de tensão e quando a tensão do impulso de cintilação cai para cada um dos limites de tensão e transmite o sinal de disparo para o módulo de amostragem de tempo 200.
O módulo de estabelecimento de limite de tensão inclui dois sub-módulos: um módulo de estabelecimento de tensão 110 e um módulo discriminador 120. O módulo de estabelecimento de tensão 110 é adaptado para estabelecer, pelo menos, três limites de tensão automaticamente ou manualmente de acordo com a característica do impulso de cintilação. O módulo discriminador 120 é adaptado para gerar o sinal de disparo imediatamente quando o limite de subida do impulso de cintilação aumenta para cada um 5 dos limites de tensão e quando o limite de declínio do impulso de cintilação cai para cada um dos limites de tensão e transmite o sinal de disparo para o módulo de amostragem de tempo 200.
No módulo de estabelecimento de tensão 110 acima, o número de limites de tensão não é inferior a 3. Pretende-se que o número de tensão seja superior, mas este é 10 igualmente limitado por factores, tais como custo e dificuldade de desenvolvimento de engenharia. O valor de cada limite de tensão é estabelecido de acordo com a experiência da amplitude média do pico do impulso de cintilação. O limite de tensão mais elevado é normalmente estabelecido como não superior ao Pico e não inferior ao Pico 0,7, e o limite de tensão mais baixo é normalmente estabelecido como não superior ao Pico 0,1 Peak e 15 não inferior a 0. O número de limites de tensão entre Pico 0,1 e Pico 0,6 não é inferior a 1 e podem ser estabelecidos outros limites de tensão em qualquer posição entre o maior e o menor limite de tensão.
O módulo de amostragem de tempo 200 é adaptado para medir o tempo no momento em que o módulo de estabelecimento de limites de tensão 100 gera o sinal de 20 disparo, no qual o tempo medido e respectivo limite de tensão foram um ponto de amostragem e transmitem o ponto de amostragem obtido para o módulo de reconstrução do impulso 300.
O módulo de reconstrução do impulso 300 selecciona os pontos de amostragem de reconstrução a partir dos pontos de amostragem obtidos no módulo de amostragem de 25 tempo 200, reconstrói a onda do impulso de cintilação de acordo com um módulo de impulso e transmite a onda como um parâmetro para o módulo de aquisição de informação 400.
O módulo de reconstrução do impulso 300 inclui um módulo de selecção de ponto de amostragem 310 e um módulo de reconstrução de ajuste 320.
O módulo de selecção de ponto de amostragem 310 é adaptado de modo a 30 seleccionar pontos de amostragem apropriados de acordo com o número de limites de tensão utilizados para gerar o sinal de disparo e a transmitir os pontos de amostragem apropriados para o módulo de reconstrução de ajuste 320.
O módulo de selecção de ponto de amostragem 310 acima seleciona os pontos de amostragem apropriados de acordo com o número de limites de tensão utilizados para gerar 35 o sinal de disparo, o qual inclui seleccionar os pontos de amostragem gerados por, pelo menos, dois limites de tensão entre o mais alto e o mais baixo dos limites de tensão desencadeados tal como os pontos de amostragem de reconstrução num caso em que o número N dos limites de tensão desencadeados pelo impulso é superior a três, e selecionar os pontos de amostragem gerados por todos os limites de tensão desencadeados como os pontos de amostragem de reconstrução num caso em que o número N dos limites de tensão desencadeados pelo impulso não é superior a três.
O módulo de reconstrução de ajuste 320 é adaptado de modo a realizar os seguintes passos (a) a (c). (a) Realizar um ajuste linear nos pontos de amostragem de reconstrução gerados pelo limite de subida do impulso de cintilação de acordo com a equação que se segue para se obter parâmetros de reconstrução do limite de subida LineK e LineB: y(x) = LineKx x + LineB (1) em que LineKé a inclinação da linha recta do limite de subida e LineK>0, LineB é a intercepção do limite de subida e que pode ser um valor arbitrário, x é o tempo obtido pela amostragem de tempo e >(x) é o limite de tensão que corresponde ao tempo x. O módulo pode igualmente reconstruir o limite de subida do impulso de acordo com o modelo de impulso de cintilação. (b) Realizar um ajuste expoente nos pontos de amostragem de reconstrução gerados pelo limite de declínio do impulso de cintilação de acordo com a equação que se segue para se obter parâmetros de reconstrução do limite de declínio ExpK e ExpB para reconstrução: y(x) = exp(ExpKxx + ExpB) (2) em que ExpK é uma constante do tempo de declínio e ExpK<0, ExpB pode ser um valor arbitrário, x é o tempo obtido por amostragem de tempo e y(x) é o limite de tensão que corresponde ao tempo x. O módulo pode igualmente reconstruir o limite de declínio do impulso de acordo com o modelo de impulso de cintilação. (c) transmitir os quatro parâmetros LineK, LineB, ExpK e ExpB para o modelo de aquisição de informação 400.
O modelo de aquisição de informação 400 é adaptado de modo a recolher informação, tal como, informação de tempo, informação de energia, informação de posição, a constante do tempo de declínio do impulso original utilizando os quatro parâmetros de reconstrução de onda de impulso LineK, LineB, ExpK e ExpB obtido a partir do módulo de reconstrução de impulso 300.
O módulo de aquisição de informação 400 inclui quatro sub-módulos, um módulo de aquisição de informação do tempo do impulso 410, um módulo de aquisição de informação de energia de pulso 420, um módulo de aquisição de informação da posição do impulso 430 e um módulo de aquisição da constante da declínio do impulso 440. O módulo de aquisição de informação do tempo do impulso 410 é adaptado de modo a obter a informação de tempo do impulso original a partir da onda reconstruída. O módulo de aquisição de informação de energia de pulso 420 é adaptado de modo a obter a informação de energia do impulso original a partir da onda reconstruída. O módulo de aquisição de informação da posição do impulso 430 é adaptado de modo a obter a informação de posição do impulso original a 5 partir do impulso reconstruído. O módulo de aquisição da constante do declínio do impulso 440 é adaptado de modo a obter a informação da constante do tempo de declínio do impulso original a partir da onda reconstruída.
O módulo de aquisição de informação do tempo do impulso 410 adquire o tempo do impulso pelo: o tempo do impulso t0
(3)
O módulo de aquisição de informação do tempo do impulso 420 adquire a energia do impulso pela: energia E
(4)
O módulo de aquisição de informação da posição do impulso 430 adquire a posição do impulso pela: posição do impulso P(X,Y)
(5) em que Et, E2, E3 e E4 são respectivamente valores de energia de quarto sinais angulares que formam o impulso.
O módulo de aquisição da constante da declínio do impulso 440 adquire a constante do tempo da declínio do impulso pela; constante da declíniot
(6)
O método e dispositivo da presente invenção podem ser aplicados a vários sistemas de detecção de partículas de alta energia e equipamentos de imagiologia médica nuclear de alta escala, tais como um sistema de tomografia de emissão de positrões (PET), um sistema de tomografia computorizada de emissão de fotão único (SPECT)e um sistema de 30 tomografia computorizada (CT).
A presente invenção não se limita às realizações acima referidas. Os especialistas na técnica poderão implementar a presente invenção utilizando outras realizações de acordo com a presente divulgação. Por conseguinte, qualquer design com pequenas alterações ou modificações, de acordo com a estrutura e conceito do design da presente invenção, 5 encontra-se abrangido pelo âmbito da protecção da presente invenção.
O método e dispositivo para obter informação por impulso de cintilação proposto pela presente invenção refere-se a alguns parâmetros. Estes parâmetros necessitam ser ajustados para dados de processamento específicos de modo a se obter um bom desempenho. São, aqui, indicados os parâmetros dos dados de processamento da presente 10 invenção. no Passo (1.1),o impulso de entrada digital é um impulso de cintilação obtido pela utilização um 10x10 cristal do tipo LYSO e um Hamamatsu R8900 PMT, o formato de onda típica é como apresentado na Figura 1, a taxa de amostragem é 10GSps e são recolhidos quatro sinais angulares, a variação do fóton de alta energia e do espectro de energia varia 15 de 500KeV a 550KeV (a energia do pulso de cintilação alvo é 51lKeV) e gera um impulso com o pico médio de aproximadamente 300mV, e tempo médio do limite de subida de aproximadamente 5ns e a constante do tempo de declínio do detector de 47 ns. no Passo (1.2), são estabelecidos outros limites de tensão e as amplitudes dos limites de tensão são respectivamente 23mV, 63mV, 135mV e 239mV. no Passo (2.1), a precisão da contagem é 160ps e o erro é 160ps.
Claims (9)
1. Método para obter informações de pulso de cintilação, caracterizado por compreender: (1) obter um valor de pico médio de um pulso de cintilação em uma determinada faixa do espectro de energia e definir pelo menos três tensões de limiar de acordo com o valor de pico, (2) determinar o tempo em que a tensão do pulso de cintilação aumenta ou diminui para cada uma das tensões limiares, em que o tempo e sua tensão limiar correspondente formam um ponto de amostragem, (3) selecionar uma pluralidade de pontos de amostragem como pontos de amostragem de reconstrução e reconstruir a forma de linha do pulso, e (4) adquirir dados originais de pulso de cintilação usando a forma de linha do pulso reconstruída, em que ao definir as tensões limiares na etapa (1), (1.1) a mais alta das tensões limite não é maior que o valor de pico e não é menor que 0,7 vezes o valor de pico, (1.2) a menor das tensões limite não é maior que 0,1 vezes o valor de pico e não é menor que 0, e (1.3) existe pelo menos uma tensão limite que está entre 0,1 vezes o valor de pico e 0,6 vezes o valor de pico.
2. Método para obter informações sobre pulsos de cintilação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, ao selecionar os pontos de amostragem de reconstrução na etapa (3), em um caso em que o número N das tensões limiares desencadeadas pelo pulso seja superior a três, os pontos de amostragem gerados por pelo menos duas tensões limiares entre a mais alta e a mais baixa das tensões limiares desencadeadas são selecionados como pontos de amostragem de reconstrução e, no caso em que o número N das tensões limiares acionadas pelo pulso não seja superior a três, os pontos de amostragem gerados por todas as tensões limiares acionadas são selecionados como pontos de amostragem de reconstrução.
3. Método para obter informações de pulso de cintilação, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por a forma de linha do pulso de reconstrução compreender (a) reconstrução de uma borda ascendente do pulso de cintilação usando os pontos de amostragem de reconstrução gerados por uma borda ascendente do pulso de acordo com um modelo de pulso de cintilação, e (b) reconstrução de uma borda decrescente do pulso de cintilação, usando os pontos de amostragem de reconstrução gerados por uma borda decrescente do pulso, de acordo com o modelo do pulso de cintilação.
4. Método para obter informações do pulso de cintilação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os dados do pulso de cintilação na etapa (4) compreendem informações de tempo, informações de energia, informações de posição e uma constante de tempo de decaimento, em que a informação de tempo é o momento em que uma borda ascendente da forma de linha do pulso reconstruída intercede um nível zero, as informações de energia são obtidas através da integração digital na forma de linha do pulso reconstruída, as informações de posição são obtidas adquirindo e comparando energia de cada uma das formas de linha reconstruídas de quatro pulsos angulares, e a constante de tempo de decaimento é obtida calculando um expoente de decaimento de uma borda descendente da forma de linha do pulso reconstruída.
5. Dispositivo para obter informações sobre pulsos de cintilação, caracterizado por compreender um módulo de configuração de tensão de limite (100), conectado a um detector dianteiro como uma interface analógica e adaptado para definir pelo menos três tensões de limite de acordo com um valor de pico médio de um pulso de cintilação em uma determinada faixa do espectro de energia, um módulo de amostragem de tempo (200), adaptado para adquirir o tempo em que as tensões de uma borda ascendente e uma borda descendente do pulso de cintilação atingem cada uma das tensões limiares e formam uma pluralidade de pontos de amostragem, em que cada um dos pontos de amostragem consiste em um tempo e sua tensão limite correspondente, um módulo de reconstrução de pulso (300), adaptado para selecionar alguns pontos de amostragem da pluralidade de pontos de amostragem formados no módulo de amostragem de tempo (200) como pontos de amostragem de reconstrução e reconstruir a forma de linha do pulso de cintilação de acordo com um modelo de pulso; e um módulo de aquisição de informações (400), adaptado para adquirir dados de pulso de um pulso de cintilação original de acordo com a forma de linha do pulso de cintilação reconstruída.
6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo módulo de ajuste de tensão limiar (100) compreender um módulo de ajuste de tensão (110) e um módulo discriminador (120), o módulo de ajuste de tensão (110) é adaptado para definir as tensões limiares de acordo com o valor de pico do pulso de cintilação na certa faixa do espectro de energia, e o módulo discriminador (120) é adaptado para comparar a tensão do pulso de cintilação com a tensão limiar e gerar um sinal de gatilho quando a tensão do pulso de cintilação atingir a tensão limiar.
7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo módulo de reconstrução de pulso (300) compreender um módulo de seleção de ponto de amostra (310) e um módulo de reconstrução de encaixe (320), em que o módulo de seleção do ponto de amostragem (310) é adaptado para selecionar pontos de amostragem apropriados de acordo com o número de tensões limiares usadas para gerar o sinal de disparo e transmitir os pontos de amostragem apropriados ao módulo de reconstrução de encaixe (320), e o módulo de reconstrução de encaixe (320) é adaptado para reconstruir o modelo de pulso de cintilação, que compreende: (a) reconstruir, de acordo com o modelo do pulso de cintilação, uma borda ascendente do pulso de cintilação, usando os pontos de amostragem de reconstrução gerados por uma borda ascendente do pulso, e (b) reconstruir, de acordo com o modelo do pulso de cintilação, uma aresta descendente do pulso de cintilação, usando os pontos de amostragem de reconstrução gerados por uma aresta descendente do pulso.
8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que, para o módulo de seleção do ponto de amostragem (320), adaptado para selecionar os pontos de amostragem de reconstrução, em um caso em que o número N das tensões limiares desencadeadas pelo pulso seja superior a três, os pontos de amostragem gerados por pelo menos duas tensões limiares entre a mais alta e a mais baixa das tensões limiares desencadeadas são selecionados como pontos de amostragem de reconstrução e, no caso em que o número N das tensões limiares acionadas pelo pulso não seja superior a três, os pontos de amostragem gerados por todas as tensões limiares acionadas são selecionados como pontos de amostragem de reconstrução.
9. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo fato de que o módulo de aquisição de informação (400) compreende um módulo de aquisição de informação de tempo de pulso (410), um módulo de aquisição de informação de energia de pulso (420), uma informação de posição de pulso adquirindo módulo (430) e um módulo de aquisição constante de tempo de decaimento de pulso (440), em que o módulo de aquisição de informações de tempo de pulso (410) é adaptado para obter informações de tempo do pulso de cintilação original, reconstruindo a forma de linha do pulso de cintilação, o módulo de aquisição de informações de energia de pulso (420) é adaptado para adquirir informações de energia do pulso de cintilação original, reconstruindo a forma de onda do pulso de cintilação, o módulo de aquisição de informações de posição de pulso (430) é adaptado para adquirir informações de posição do pulso de cintilação original, reconstruindo a forma de onda do pulso de cintilação, e o módulo de aquisição constante de tempo de decaimento de pulso (440) é adaptado para adquirir uma constante de tempo de decaimento do pulso de cintilação original, reconstruindo a forma de linha do pulso de cintilação.
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