CN101706581B - 一种探测器性能测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种探测器性能测试装置及测试方法。探测器性能测试装置包括：探测器控制模块，用于接收探测器发出的事件信号，并将探测器发出的事件信号转换为数字信号；数字控制模块，用于接收所述数字信号，并将所述数字信号处理为事件信息；应用模块，用于对所述探测器控制模块进行参数设置，并根据设置的所述参数显示所述事件信息。
Description
技术领域
本发明涉及探测器测试领域，更具体地，涉及一种探测器性能测试装置及测试方法。
背景技术
正电子发射计算机断层(PET)是分子水平上的人体功能显像的国际领先技术，它广泛地应用于发射学和核医学，为临床诊断和治疗提供全新的手段。PET机问世初期为NaI晶体的多晶体正电子发射计算机断层仪，80年代后期，PET机的发展有了突破性变化，主要特点是探头由分离式BGO晶体向模块式晶体转化。模块式探头大大提高了PET的空间分辨率和灵敏度，机械稳定性和可靠性也大大改善。
PET机由探测器、断层床、计算机及其他辅助部分组成。探测器部分是机器的核心，也是耗资最大、影响机器性能最大的部件，主要功能是把注入人体内的正电子放射性核素发射的湮没光子转换成空间位置信号和能量信号，供后面的计算机进行处理，并重建成断层影像。探测器由晶体、光电倍增管、前端电子学线路及射线屏蔽装置组成。晶体有NaI晶体和BGO晶体2种，应用最多、最成熟、性能价格比也适中的仍是BGO晶体。晶体后面是光电倍增管，光电倍增管起光-电转换及信号放大的作用。单个晶体与光电倍增管构成分离的探测器，是PET中湮没光子符合探测的基本单位，决定了PET的分辨能力。
PET机包含有多个探测器，例如256个。每个探测器模块在被装备之前，一定要对其性能进行测试。只有那些满足条件的探测器模块才能被使用。此外，由于PET机包含有多个探测器，探测器的测试效率也十分重要。国外一些生产PET或研发PET的厂家都应有此类系统，但这类系统进口昂贵，而且需要对装置再次开发。国内有的研究所开发了类似的测试系统，但效率低，装置复杂，不能满足生产检测的需要。
发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在如下问题：
现有技术中对PET机的探测器进行性能测试的设备通常价格昂贵，结构复杂，可操作性差，测试速度慢，专业技术要求高，需专业人员经培训后才能操作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种探测器性能测试装置以及测试方法，从而能够简单、高效。价格低廉地测试PET机的探测器。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：
一方面，提供一种探测器性能测试装置，包括：
探测器控制模块，用于接收探测器发出的事件信号，并将所述探测器发出的事件信号转换为数字信号；
数字控制模块，用于接收所述数字信号，并将所述数字信号处理为事件信息；
应用模块，用于对所述探测器控制模块进行参数设置，并根据设置的所述参数显示所述事件信息。
优选的，所述应用模块包括：
设置模块，用于对所述探测器控制模块进行参数设置；
图形显示模块，用于通过图形界面方式显示事件信息。
优选的，所述参数包括：信号放大参数、位置偏置参数以及能量阈值参数。
优选的，所述事件信息包括：事件的位置信息、能量信息和时间信息；
所述图形显示模块通过散点直方图显示事件位置信息，通过能谱图显示事件的能量信息，通过时间直方图显示事件的时间信息。
优选的，所述事件信号具体为：光电信号。
优选的，所述数字控制模块为现场可编程门阵列FPGA。
另一方面，本发明的实施例还提供一种探测器性能的测试方法，包括：
进行参数设置；
接收探测器发出的事件信号，并将所述探测器发出的事件信号转换为数字信号；
接收所述数字信号，并将所述数字信号处理为事件信息；
根据设置的所述参数显示所述事件信息
优选的，所述事件信息的显示是通过图形界面方式实现的。
优选的，所述参数包括：信号放大参数、位置偏置参数以及能量阈值参数。
优选的，所述事件信息包括：事件的位置信息、能量信息和时间信息；
通过散点直方图显示事件位置信息，通过能谱图显示事件的能量信息，通过时间直方图显示事件的时间信息。
优选的，所述事件信号具体为：光电信号。
本发明的实施例具有如下有益效果：
根据本发明的探测器性能测试装置结构简单，体积小、造价低廉，在硬件上只需要基于FPGA的数字控制板，再配上适当的控制软件，在软件上基于VC编程，完成数据的采集，处理，功能模式的转换等，将大量复杂的运算交由计算机完成，并通过计算机得到直观的图形或数据。此外，根据本发明的探测器测试装置可以产生完整的单事例信息，它包括事件的位置，时间，能量的大小等信息，克服了传统的一次只能得到单一信息的缺陷。控制软件功能强大，操作简单快捷，数据处理快速，图形方式显示直观。这样，使得本应需要专业技术人员操作的事情变得简单化了，一般的工人，经过短时间的培训就可以自如地操作。
附图说明
图1为本发明的实施例的探测器性能测试装置的硬件结构框图；
图2为本发明的实施例的探测器性能测试装置的功能框图；
图3为本发明的实施例的探测器性能测试方法的流程图；
图4为本发明的实施例的探测器性能测试方法的详细流程图。
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明的实施例关于对PET机的探测器性能的测试问题，提供一种探测器性能测试装置和测试方法。其中，
如图1所示，本发明的实施例探测器性能测试装置10，包括：
探测器控制模块11，用于接收探测器20发出的事件信号，并将所述探测器20发出的事件信号转换为数字信号；
数字控制模块12，用于接收所述数字信号，并将所述数字信号处理为事件信息；
应用模块13，用于对所述探测器控制模块进行参数设置，并根据设置的所述参数显示所述事件信息。
如图1所示，放射源50、探测器20、高压电源30和低压电源40为现有探测器测试设备的基本配件，而探测器性能测试装置10中的探测器控制模块11、数字控制模块12以及应用模块13则是根据本发明的探测器性能测试装置的核心组件。首先，探测器20接收放射源50发射的光子事件并且将其转换为光电信号提供给探测器控制模块11，探测器控制模块11将事件信号转换为数字信号，数字信号中包括事件的位置坐标、时间和能量等信息并将其提供给数字控制模块12。数字控制模块12是基于计算机的应用模块13和探测器控制模块11之间的桥梁，一方面通过数字控制模块12完成对探测器控制模块11的参数配置，另一方面将探测器控制模块11传输的事件的位置、能量和事件信息上传到应用模块13进行图形界面显示。数字控制模块12完成对探测器控制模块11的信号响应，数据获取，数据处理，以及数据传输。数字控制模块12基于FPGA设计，例如可以利用XILINX公司生产的SPARTAN2系列可编程器件。通过它实现和计算机的通信，对事件进行有效快速地处理，以及实现对探测器控制板11的控制等。应用模块13基于VC编程，可以通过图形界面显示探测器的散点图，能谱图，时间图等。探测器20是由例如1100V的高压电源供电，而探测器性能测试装置10则是由普通的低压电源供电。
图2示出了根据本发明的探测器性能测试装置的功能框图。
如图2所示，首先，在应用模块13中的设置模块131进行探测器控制模块11的参数设置，具体设置的参数为信号放大参数、位置偏置参数以及能量阈值参数等。基于计算机的应用模块13将配置的参数通过选定的计算机串口传输到数字控制模块12。由于PET机具有多个探测器，每个探测器配备有一个探测器控制模块11，当需要检测PET机的一个探测器时，数字控制模块12产生片选信号，选择待测试的PET机探测器及其探测器控制电路11，并将设置好的参数与片选信号一起通过探测器接口121传送到探测器控制模块11。探测器控制模块11将接收到的参数通过数模变换器(DAC)转换为模拟信号并进行相应的参数配置。
参数配置结束后，开始事件数据的采集。探测器20将注入人体内的正电子放射性核素发射的事件信息转换成4路光电信号(A、B、C和D)并输出给探测器控制模块11。当探测器控制模块11接收到一个有效事件之后将产生一个事件标志信号，从而开始一个事件的处理过程。
探测器控制模块11将输入的光电信号A-D进行放大、求和、积分并且转换为数字信号，通过表1所述的并行接口将转换后的数字信号传送到数字控制模块12，该数字信号包含有事件原始的位置X、Y坐标、时间T以及能量E等信息。当探测器控制模块11完成一个事件处理过程之后，会得到一个复位信号，以准备下一个事件处理过程。
数字控制模块12通过表1所示的并行接口从探测器控制模块11接收数字化的事件信息，并经由探测器接口121将该事件信息传送到事件处理模块122，事件处理模块122将接收到的事件信息进行数据格式的变换以便于进行列表模式(list mode)的数据传输，事件处理模块122将格式变换后的事件信息通过RS-232123提供给应用模块12中的图形显示模块132，从而在计算机上对事件信息中的位置、能量和时间信息进行图形显示，基于图形显示的结果来判断测试的探测器是否工作正常。
表1表示了探测器控制模块11和数字控制模块12之间的并行接口的具体内容。其中时间数字转换器(TDC)用于对事件进行数字化，从而起到时间标尺的作用。
表1：探测器控制模块与数字控制模块的接口
如图3所示，本发明的实施例还提供了一种探测器性能测试方法，包括：
步骤S31，进行参数设置；
步骤S32，接收探测器发出的事件信号，并将所述探测器发出的事件信号转换为数字信号；
步骤S33，接收所述数字信号，并将所述数字信号处理为事件信息；
步骤S34，根据设置的所述参数显示所述事件信息。
图4为对探测器性能进行测试的详细流程图。
如图4所示，在步骤S401，确定探测器性能测试装置是否连接好，如果连接正常，进入步骤S402。在步骤S402，选择基于计算机的应用模块13与数字控制模块12的通信接口。在步骤S403，在应用模块13的图形化界面上进行探测器控制模块11的参数配置，具体配置的参数为信号放大参数、位置偏置参数以及能量阈值参数。在步骤S404，应用模块13将配置好的参数通过选定的计算机串口下载到数字控制模块12，数字控制板12将串行的参数数据转换为并行数据并通过探测器接口模块121传送到探测器控制模块11，探测器控制模块11中的数模转换器将参数数据转换为模拟数据并根据参数对探测器控制模块11进行配置。在步骤S405，参数配置结束后，开始事件数据的采集。探测器20将注入人体内的正电子放射性核素发射的事件信息转换成4路光电信号A-D并输出给探测器控制模块11。步骤S406，探测器控制模块11和数字控制模块12将从探测器20接收到事件数据转换为包括位置、事件和能量的事件信息，并将该事件信息上传到应用模块13。在步骤S407，应用模块12将事件的位置、事件和能量信息分别图形化地显示为散点直方图、能谱图和时间直方图。在步骤S408，观察和测试散点直方图、能谱图和时间直方图的显示，从而确定图形显示是否正常。如果图形显示不正常，进入步骤S410，判定探测器不正常，并对其进行检测并结束探测器性能的测试处理。如果图形显示正常，进入步骤S409，判定探测器正常，结束探测器性能的检测处理。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种探测器性能测试装置，其特征在于，包括：
探测器控制模块，用于接收探测器发出的事件信号，并将所述探测器发出的事件信号转换为数字信号；
数字控制模块，用于接收所述数字信号，并将所述数字信号处理为事件信息；
应用模块，用于对所述探测器控制模块进行参数设置，并根据设置的所述参数显示所述事件信息，
其中，所述应用模块包括：
设置模块，用于对所述探测器控制模块进行参数设置；和
图形显示模块，用于通过图形界面方式显示事件信息；
其中，所述参数包括：信号放大参数、位置偏置参数以及能量阈值参数，并且所述事件信息包括：事件的位置信息、能量信息和时间信息；
其中，所述图形显示模块通过散点直方图显示事件位置信息，通过能谱图显示事件的能量信息，通过时间直方图显示事件的时间信息，从而能够产生完整的单事例信息，所述单事例信息包括事件的位置信息、事件的时间信息、以及事件的能量大小信息。
2.根据权利要求1所述的探测器性能测试装置，其特征在于，所述事件信号具体为：光电信号。
3.根据权利要求1所述的探测器性能测试装置，其特征在于，所述数字控制模块为现场可编程门阵列FPGA。
4.一种探测器性能的测试方法，包括：
进行参数设置；
接收探测器发出的事件信号，并将所述探测器发出的事件信号转换为数字信号；
接收所述数字信号，并将所述数字信号处理为事件信息；
根据设置的所述参数显示所述事件信息，
其中，所述事件信息的显示是通过图形界面方式实现的；
其中，所述参数包括：信号放大参数、位置偏置参数以及能量阈值参数；
其中，所述事件信息包括：事件的位置信息、能量信息和时间信息；并且
通过散点直方图显示事件位置信息，通过能谱图显示事件的能量信息，通过时间直方图显示事件的时间信息，从而能够产生完整的单事例信息，所述单事例信息包括事件的位置信息、事件的时间信息、以及事件的能量大小信息。
5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述事件信号具体为：光电信号。
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