CN105182401B - 一种核探测器晶体位置识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核探测器晶体位置识别装置，包括：硅半导体探测单元阵列，其每行硅半导体探测单元均分别具有行信号输出端，每列硅半导体探测单元均分别具有列信号输出端；装置还包括与行信号输出端一一对应连接的行信号比较单元，以及与列信号输出端一一对应连接的列信号比较单元；行信号比较单元用于将一行硅半导体探测单元输出的电压之和与门限电压进行比较，得到行比较结果；列信号比较单元用于将一列硅半导体探测单元输出的电压之和与门限电压进行比较，得到列比较结果；所述装置还包括晶体位置识别单元，用于根据每个行比较结果和每个列比较结果识别被光子击中的晶体的位置。本发明实现了减少硬件成本，缩小系统规模的目的。

Description

一种核探测器晶体位置识别装置

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种核探测器晶体位置识别装置。

背景技术

本部分旨在为本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

核医学设备是目前医学上常用的检测设备，例如，单电子发射计算机断层(SPECT)设备、正电子发射计算机断层(PET)设备等。核医学设备能够将含有放射性核素的药物在体内的分布形成图像，该图像可以反映人体代谢、组织功能和结构形态。

在核医学设备中，最为核心的部件为核探测器，该部件用于检测引入病患体内的放射性核素所发出的射线(例如γ射线)。常用的核医学设备探测器包括由多个晶体组成的晶体阵列和光电检测器。其中，晶体阵列用于检测病患体内释放出的光子(例如γ光子)并将其转换成可见光，光电检测器用于将可见光转换成电信号，所述电信号用于计算被射线的光子撞击到的晶体单元所在的位置，以便形成位置散点图，形成被照射的人体的图像。

目前常用的光电检测器为光电倍增管(PMT)，为了能够将晶体转换的可见光全部转换为电信号，理论上，晶体单元与PMT的数量应当为1:1。为了提高核探测器的空间分辨率，晶体单元的尺寸越来越小，但是由于PMT的尺寸受到限制，无法实现与晶体单元在数量上保持1:1的目标，在实际应用中，所述PMT与晶体单元在数量上的比例通常为1：n(n>1)，由于PMT的形状为圆形而无法接收到全部晶体单元的可见光等原因，PMT输出的电信号表示的能量与晶体产生的可见光的能量之间存在能量差，造成能量误差。

为了解决该技术问题，现有技术采用硅半导体探测单元代替光电倍增管，每个硅半导体探测器对应一个晶体。为了识别晶体的位置，现有技术中每个硅半导体探测器都需要各自连接一串电路，这一串电路包括放大器、比较器等。由于硅半导体探测器的数量以万计，如果实现每个硅半导体都连接这样一串电路，不仅成本非常高，而且规模庞大。

发明内容

为了解决现有技术中由于硬件数量多而存在的成本高和规模庞大的技术问题，本发明提供一种核探测器晶体位置识别装置，实现了减少了在保证实现识别晶体位置的基础上减少硬件的数量，以实现减少硬件成本，缩小系统规模的目的。

本发明实施例提供了一种核探测器晶体位置识别装置，所述装置包括：

硅半导体探测单元阵列，所述硅半导体探测单元阵列的每行硅半导体探测单元均分别具有一个行信号输出端，所述硅半导体探测单元阵列的每列硅半导体探测单元均分别具有一个列信号输出端，每个所述硅半导体探测单元均具有这样的连接关系：所述硅半导体探测单元通过一个电阻与该硅半导体探测单元所在行对应的行信号输出端连接，并通过另一个电阻与该硅半导体探测单元所在列对应的列信号输出端连接；所述装置还包括行信号比较单元和列信号比较单元，所述行信号输出端和所述行信号比较单元对应连接，所述列信号输出端与所述列信号比较单元对应连接；

其中，所述行信号比较单元用于将与该行信号比较单元对应的一行硅半导体探测单元输出的电压之和与门限电压进行比较，得到行比较结果；

所述列信号比较单元用于将与该列信号比较单元对应的一列硅半导体探测单元输出的电压之和与所述门限电压进行比较，得到列比较结果；

所述装置还包括晶体位置识别单元，所述晶体位置识别单元的两端分别与所述行信号比较单元和所述列信号比较单元连接，用于根据每个所述行信号比较单元输出的行比较结果和每个列信号比较单元输出的列比较结果识别被光子击中的晶体的位置。

优选的，所述行信号比较单元，具体用于将与该行信号比较单元对应的一行硅半导体探测单元输出的电压之和与门限电压进行比较，若所述一行硅半导体探测单元输出的电压之和高于或等于所述门限电压，则输出高电平；若所述一行硅半导体探测单元输出的电压之和低于所述门限电压，则输出低电平或者不输出任何电平。

优选的，所述列信号比较单元，具体用于将与该列信号比较单元对应的一列硅半导体探测单元输出的电压之和与门限电压进行比较，若所述一列硅半导体探测单元输出的电压之和高于或等于所述门限电压，则输出高电平；若所述一列硅半导体探测单元输出的电压之和低于所述门限电压，则输出低电平或不输出任何电平。

优选的，所述晶体位置识别单元，具体用于读取每个所述行信号比较单元输出的行比较结果和每个列信号比较单元输出的列比较结果，若行比较结果和列比较结果均为高电平，则将该行比较结果对应的一行硅半导体探测单元和所述列比较结果对应的一列硅半导体探测单元的交点的位置识别为被光子击中的晶体的位置。

优选的，所述行信号比较单元和/或所述列信号比较单元为比较器。

优选的，所述装置还包括放大器和采样器，其中，每行或每列硅半导体探测单元均对应一个放大器和一个采样器，所述放大器用于放大对应行或列的硅半导体探测单元输出的电信号，所述采样器用于对所述放大器放大的电信号进行采样；

所述装置还包括能量获取单元和有效事件识别单元；所述采样器与所述能量获取单元连接，所述能量获取单元与所述晶体位置识别单元连接，所述有效事件识别单元与所述能量获取单元连接；

所述能量获取单元，用于根据所述被光子击中的晶体的位置，获取所述晶体对应的硅半导体探测单元所在行或所在列的采样电信号，并计算得到所述硅半导体探测单元所述所在行或所在列的采样电信号的能量；

所述有效事件识别单元，用于判断所述能量是否在预设的能量范围内，若是，则将光子击中所述晶体的事件识别为有效事件。

优选的，所述装置包括：积分电路、峰保持电路、多路选通器、采样单元、能量获取单元以及有效事件识别单元，用于判断所述能量是否在预设的能量范围内，若是，则将光子击中所述晶体的事件识别为有效事件；其中，所述积分电路的输入端与半导体探测单元阵列的所述行信号输出端或所述列信号输出端对应连接，所述积分电路的输出端与所述若干个峰保持电路的输入端对应连接，所述峰保持电路的输出端分别连接所述多路选通器，所述多路选通器与所述采样单元连接，所述采样单元与所述能量获取单元连接；

所述积分电路，用于对所述半导体探测单元阵列的行信号输出端或列信号输出端输出的电信号进行积分，所述半导体探测单元阵列用于将晶体阵列发送的可见光转换为电信号；

所述峰保持电路，用于将所述积分电路输出的电信号进行峰保持；

所述多路选通器，用于根据被光子击中的晶体在所述晶体阵列中的位置，从所述峰保持电路输出的电信号中选择出所述晶体对应的电信号，并将所述选择出的电信号输出至所述采样单元；

所述采样单元，用于对所述多路选通器输出的电信号进行采样；

所述能量获取单元，用于利用所述采样的电信号得到所述光子击中晶体产生的能量；

所述有效事件识别单元，用于判断所述能量是否在预设的能量范围内，若是，则将光子击中所述晶体的事件识别为有效事件。

优选的，所述峰保持电路包括放大器和二极管，所述放大器的其中一个输入端与所述半导体探测单元阵列的信号输出端连接，所述放大器的输出端与二极管的正极连接，所述二极管的负极与所述放大器的另外一个输入端连接，所述二极管的负极还与所述多路选通器连接。

优选的，所述装置还包括n个时间标定单元，所述硅半导体探测单元阵列划分为n组硅半导体探测单元，所述n个时间标定单元与所述n组硅半导体探测单元一一对应，一组中每个硅半导体探测单元均与对应的时间标定单元连接，其中n为大于或等于2的整数；

所述时间标定单元，用于利用所述有效事件对应的一组硅半导体探测单元输出的信号对所述有效事件的时间进行标定。

优选的，所述装置还包括或逻辑单元和时间标定单元，所述或逻辑单元的输入端与至少两个所述半导体探测单元阵列的行信号输出端连接，或，所述或逻辑单元的输入端与至少两个所述半导体探测单元阵列的列信号输出端连接；所述或逻辑单元的输出端与所述时间标定单元对应连接；

所述或逻辑单元，用于将所述半导体探测单元阵列的至少两个行信号输出端输出的电信号执行“或”操作，或，用于将所述半导体探测单元阵列的至少两个列信号输出端输出的电信号执行“或”操作；

所述时间标定单元，用于利用执行了“或”操作的电信号对所述有效事件的时间进行标定。

相对于现有技术，本发明的优点为：

在本发明提供的核探测器晶体位置识别装置中，每行半导体探测单元均对应一个行信号比较单元，每列半导体探测单元均对应一个列信号比较单元，所述行信号比较单元用于将与该行信号比较单元对应的一行硅半导体探测单元输出的电压之和与门限电压进行比较，得到行比较结果；所述列信号比较单元用于将与该列信号比较单元对应的一列硅半导体探测单元输出的电压之和与所述门限电压进行比较，得到列比较结果。所述装置还包括晶体位置识别单元，所述晶体位置识别单元用于根据每个所述行信号比较单元输出的行比较结果和每个列信号比较单元输出的列比较结果识别被光子击中的晶体的位置。因此，相对于现有技术，本发明减少了核探测器晶体位置识别装置硬件的数量，降低了成本，缩小了系统规模。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的一种核探测器晶体位置识别装置实施例一中以8×8的硅半导体探测单元阵列为例的示意图；

图2为本发明提供的一种核探测器晶体位置识别装置实施例一中行信号比较单元其中一种实现方式的示意图；

图3为本发明提供的一种核探测器晶体位置识别装置实施例二中有效事件识别的硬件示意图；

图4为本发明提供的一种核探测器晶体位置识别装置实施例三中有效事件识别的硬件示意图；

图5为本发明提供的一种核探测器晶体位置识别装置实施例三中峰保持之前和之后的电信号的示意图；

图6为本发明提供的一种核探测器晶体位置识别装置实施例三中峰保持电路其中一种实现方式的示意图；

图7为本发明提供的一种核探测器晶体位置识别装置实施例四中时间标定的硬件示意图；

图8为本发明提供的一种核探测器晶体位置识别装置实施例五中时间标定的硬件示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

装置实施例一：

本实施例提供的核探测器晶体位置识别装置包括：硅半导体探测单元阵列，所述硅半导体探测单元阵列包括硅半导体探测单元。所述硅半导体探测单元阵列的每行硅半导体探测单元均分别具有一个行信号输出端，所述硅半导体探测单元阵列的每列硅半导体探测单元均分别具有一个列信号输出端，每个所述硅半导体探测单元均具有这样的连接关系：所述硅半导体探测单元通过一个电阻与该硅半导体探测单元所在行对应的行信号输出端连接，并通过另一个电阻与该硅半导体探测单元所在列对应的列信号输出端连接。

所述装置还包括行信号比较单元和列信号比较单元，所述行信号输出和所述行信号比较单元对应连接，所述列信号输出端与所述列信号比较单元对应连接。

其中，所述行信号比较单元用于将与该行信号比较单元对应的一行硅半导体探测单元输出的电压之和与门限电压进行比较，得到行比较结果；

所述列信号比较单元用于将与该列信号比较单元对应的一列硅半导体探测单元输出的电压之和与所述门限电压进行比较，得到列比较结果；

所述装置还包括晶体位置识别单元，所述晶体位置识别单元分别与所述行信号比较单元和所述列信号比较单元连接，用于根据每个所述行信号比较单元输出的行比较结果和每个列信号比较单元输出的列比较结果识别被光子击中的晶体的位置。

下面以8×8的硅半导体探测单元阵列为例介绍所述核探测器晶体位置识别装置的工作原理。参见图1，在该图中，硅半导体探测单元S11与行信号比较单元101之间经由一个电阻连接；所述硅半导体探测单元S11与列信号比较单元201经由另一个电阻连接。其他硅半导体探测单元与其对应的行信号比较单元和列信号比较单元的连接方式与所述硅半导体探测单元S11的连接方式相同。

当所述硅半导体探测单元S11对应的晶体被光子击中，所述硅半导体探测单元S11会将所述晶体产生的可见光转换为电信号，由于电阻的存在，所述硅半导体探测器单元S11与所述行信号比较单元101之间产生电位差，因此所述硅半导体探测单元S11会将产生的电信号传送至所述行信号比较单元101。同时，所述硅半导体探测器单元S11会与对应的列信号比较单元201之间产生电位差，因此也会将其转换的电信号传送至所述列信号比较单元201。

由于所述行信号比较单元101与所述硅半导体探测单元S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18通过一条总线x1连接起来，因此所述行信号比较单元101接收到的是该条总线x1上的叠加的电信号。所述行信号比较单元101根据所述叠加的电信号可以得到这一行8个硅半导体探测单元输出的电压之和。由于在实际应用中，在所述一行硅半导体探测单元对应的晶体均没有被光子击中的情况下，所述总线上也会有微弱的电流通过，因此所述行信号比较单元101也会接收到电信号。为了能够得到被光子击中的晶体的位置，本实施例通过行信号比较单元101将所述一行硅半导体探测单元输出的电压之和与门限电压进行比较，即所述行信号比较单元101将其接收到的总线x1上的电信号对应的电压值与所述门限电压进行比较，得到行比较结果。本发明不对所述行信号比较单元101在硬件上的实现进行限定。例如，在一种可能的实现方式中，可以采用处理器进行比较计算。在另外一种可能的实现方式中，还可以采用比较器进行比较，即将所述叠加的电信号与门限电压信号作为所述比较器的输入，若所述一行硅半导体探测单元输出的电压之和大于或等于所述门限电压，则输出高电平；若所述一行硅半导体探测单元输出的电压之和小于所述门限电压，则输出低电平或者不输出任何电平。另外，所述装置还可以包括放大器，参见图2(a)，所述放大器用于放大所述总线x1上的电信号，然后将放大后的电信号输入至所述比较器中进行比较。

其他行信号比较单元的工作原理与所述行信号比较单元101的工作原理相同。

同理，由于所述列信号比较单元201与所述硅半导体探测单元S11、S21、S31、S41、S51、S61、S71、S81通过一条总线y1连接起来，因此所述列信号比较单元201接收到的是该条总线y1上的叠加的电信号。所述列信号比较单元201根据所述叠加的电信号可以得到这一列8个硅半导体探测单元输出的电压之和。由于在实际应用中，在所述一列硅半导体探测单元201对应的晶体均没有被光子击中的情况下，所述总线上也会有微弱的电流通过，因此所述列信号比较单元201也会接收到电信号。为了能够得到被光子击中的晶体的位置，本实施例通过列信号比较单元201将所述一列硅半导体探测单元输出的电压之和与所述门限电压进行比较，即所述列信号比较单元201将其接收到的总线y1上的电信号对应的电压值与所述门限电压进行比较，得到列比较结果。本发明不对所述列信号比较单元201在硬件上的实现进行限定。例如，在一种可能的实现方式中，可以采用处理器进行比较计算。在另外一种可能的实现方式中，还可以采用比较器进行比较，即若所述一列硅半导体探测单元输出的电压之和大于或等于所述门限电压，则输出高电平；若所述一列硅半导体探测单元输出的电压之和小于所述门限电压，则输出低电平或者不输出任何电平。另外，所述装置还可以包括放大器，参见图2(b)，所述放大器用于放大所述总线y1上的电信号，然后将放大后的电信号输入至所述比较器中进行比较。

其他列信号比较单元的工作原理与所述列信号比较单元201的工作原理相同。

所述行信号比较单元101-108和所述列信号比较单元201-208均分别与晶体位置识别单元301连接。所述晶体位置识别单元301读取到所述行信号比较单元101-108分别发送的行比较结果，和所述列信号比较单元201-208分别发送的列比较结果后，根据8个行比较结果和8个列比较结果识别被光子击中的晶体的位置。本发明不对如何识别进行限定，例如，假设各个行信号比较单元和各个列信号比较单元输出的值为电平值，即当一行(或列)硅半导体探测单元输出的电压之和大于或等于所述门限电压，则输出高电平；当一行(或列)硅半导体探测单元输出的电压之和小于所述门限电压，则输出低电平或者不输出任何电平。若行比较结果和列比较结果均为高电平，则将该行比较结果对应的一行硅半导体探测单元和所述列比较结果对应的一列硅半导体探测单元的交点识别为被光子击中的晶体的位置。例如，所述行信号比较单元105输出的行比较结果为高电平，所述列信号比较单元203输出的列信号比较单元输出的比较结果也为高电平，那么所述行信号比较单元105对应的一行硅半导体探测单元和所述列信号比较单元203对应的一列硅半导体探测单元的交点为硅半导体探测单元S53，因此所述硅半导体探测单元S53所在的位置即为对应晶体所在的位置。

本发明不对所述晶体位置识别单元301在硬件上的实现进行限定，例如可以是处理器，也可以是现场可编程门阵列(FPGA)等。

另外，在本发明中，所述硅半导体探测单元可以是任意基于硅半导体的光电探测器件，例如硅光电倍增管SiPM等，本发明不做具体限定。本发明也不对所述硅半导体探测单元对应的晶体的种类进行限定，例如可以是BGO、LYSO、LSO等。

现有技术的核探测器晶体位置识别装置中，硅半导体探测单元阵列的每个硅半导体探测单元都需要连接一个放大器和一个比较器，所述放大器用于放大硅半导体探测单元输出的电信号，所述比较器用于将放大的电信号对应的电压值与预设的门限电压值进行比较，得到的比较结果用于识别被光子击中的晶体的位置。例如，8×8的硅半导体探测单元阵列一共需要连接64个放大器和64个比较器，不仅成本高，而且系统规模庞大。

在本实施例中，所述硅半导体探测单元阵列的每行硅半导体探测单元均分别对应一个行信号比较单元，所述硅半导体探测单元阵列的每列硅半导体探测单元均分别对应一个列信号比较单元，所述行信号比较单元用于将与该行信号比较单元对应的一行硅半导体探测单元输出的电压之和与门限电压进行比较，得到行比较结果，所述列信号比较单元用于将与该列信号比较单元对应的一列硅半导体探测单元输出的电压之和与所述门限电压进行比较，得到列比较结果。所述晶体位置识别单元分别与所述行信号比较单元和所述列信号比较单元连接，用于根据每个所述行信号比较单元输出的行比较结果和每个列信号比较单元输出的列比较结果识别被光子击中的晶体的位置。例如，对于8×8的硅半导体探测单元阵列，只需要8个行信号比较单元和8个列信号比较单元，外加一个晶体位置识别单元就可以实现对晶体位置的识别，相对于现有技术减少了硬件的数量和成本，也缩小了系统规模。

装置实施例二

核探测器成像首先需要在病人体内注射放射性的生物示踪药物(如13N–NH、18F-FDOPA、18F–FDG、11C-Acetate，15O-H2O)，这些药物是由可释放正电子的放射性核素合成的。生物示踪药物通常是富质子的核素，它们在衰变过程中会产生正电子，通常正电子(β+)衰变都发生于人工放射性核素。注入体内的放射性核素所发射出的正电子在人体内移动大约lmm后将会与人体内的负电子结合发生湮灭辐射，正负电子湮灭时产生两个能量相同(511keV)方向相反的γ光子。通常把一对光子进行湮灭反应后的事件称之为单次事件。

符合事件判别的方法是对光子到达时间之差进行判断，当时间差小于符合处理电路预先设定的时间窗(通常为3～4.5ns)，即可判断为是一个符合事件。因此符合事件判别的基础就是进行时间标注，时间标注既是对有效事件产生的时刻进行识别。如前面所述，理想情况下，每个光子的能量为511keV，由于光子在人体内运动或击中晶体的过程中可能会损失一些能量，或者被光子击中的晶体也会接收到另一个光子散射的能量，因此所述硅半导体探测单元实际转换的电信号的能量值可能在511keV左右波动。本实施例设置预设一个能量范围，若被光子击中晶体而产生的电信号的能量在所述预设的能量范围内，则认为该事件为一个有效事件，若超出该预设的能量范围(例如400keV-600keV)，则认为该事件为一个无效事件。只有有效事件才能参与符合事件的判定。

因此，在所述装置实施例一的基础上，所述核探测器晶体位置识别装置还包括放大器和采样器，其中，每行或每列硅半导体探测单元均对应一个放大器和一个采样器，所述放大器用于放大对应行或列的硅半导体探测单元输出的电信号，所述采样器用于对所述放大器放大的电信号进行采样。

所述装置还包括能量获取单元401和有效事件识别单元501。所述采样器与所述能量获取单元401连接，所述能量获取单元401与所述晶体位置识别单元301连接，所述有效事件识别单元501与所述能量获取单元401连接。

所述能量获取单元401，用于根据所述被光子击中的晶体的位置，获取所述晶体对应的硅半导体探测单元所在行或所在列的采样电信号，并计算得到所述硅半导体探测单元所述所在行或所在列的采样电信号的能量。

所述有效事件识别单元501，用于判断所述能量是否在预设的能量范围内，若是，则将光子击中所述晶体的事件识别为有效事件。

下面以8×8的硅半导体探测单元阵列为例详细介绍所述装置的工作原理。

参见图3，Y1至Y8表示图1的8×8硅半导体探测单元阵列中各列硅半导体探测单元的总线，各列硅半导体探测单元的总线分别与一个放大器进行连接，每个放大器均分别与对应的ADC(Analog-to-Digital Converter)进行连接，8个ADC均与能量获取单元401进行连接。其中，所述放大器用于将总线上的电信号进行放大；所述ADC用于对放大后的电信号进行采样，例如10ns/次。若所述被光子击中的晶体的位置对应的硅半导体探测单元为S45，则所述能量获取单元401获取到所述硅半导体探测单元S45对应的行或列的采样器采样的电信号，并根据所述电信号计算出所述硅半导体探测单元S45所在行或列的能量。由于如何根据电信号计算得到能量是本领域技术人员公知的常识，因此不在赘述。所述有效事件识别单元501判断所述硅半导体探测单元S45所在行或列的能量是否在预设的能量范围，如果是，则认为光子击中所述硅半导体探测单元S45对应的晶体这样一个事件为有效事件。

需要注意的是，本实施例以被光子击中晶体所在行(或所在列)的总能量作为该晶体被光子击中产生的能量，是因为在实际应用中，正常情况下一行(或一列)晶体在一个时间段(例如100ns)内只可能有一个晶体被击中，在一个时间段内一行(或一列)晶体中两个或两个以上的晶体被光子击中的概率非常小，如果发生，则会因为该行(或该列)的能量超出预设的能量范围而无法参与符合事件的判断。如果一行(或一列)所有晶体都没有被击中，没有事件产生，则会因为该行(或该列)的能量超出预设的能量范围而无法参与符合事件的判断。因此，经过利用所述能量范围进行筛选，使得参与符合事件判断的只有一行(或一列)晶体中在一个时间段内只有一个晶体被光子击中这样的有效事件。

现有技术中所述硅半导体探测单元阵列的每个硅半导体探测单元都对应一个放大器和一个采样器，例如8×8的硅半导体探测单元阵列需要64个放大器和64个采样器，不仅成本高，而且系统规模庞大。而本实施例利用有效事件为一行(或一列)晶体在一个时间段(例如100ns)内只可能有一个晶体被击中的原理以行和列为单位设置放大器和采样器，因此8×8的硅半导体探测单元阵列只需要16个放大器和16个采样器，比现有技术在硬件上数量减少了很多，降低了成本，且缩小了系统规模。

另外，本发明不对所述能量获取单元401和所述有效事件识别单元501在硬件上的具体实现方式进行限定，例如在一种可能的实现方式中，这两个单元实现的功能均可以由处理器执行，在另一种可能的实现方式中，这两个单元实现的功能可以由FPGA来执行。

装置实施例三

本实施例提供一种核探测器晶体位置识别装置，基于所述装置实施例一，参见图4，所述核探测器晶体位置识别装置还包括：积分电路11、峰保持电路12、多路选通器13、采样单元14以及能量获取单元15。

其中，所述积分电路11的输入端与半导体探测单元阵列的所述行信号输出端或所述列信号输出端对应连接，所述积分电路11的输出端与所述峰保持电路12的输入端对应连接，所述峰保持电路12的输出端连接所述多路选通器13，所述多路选通器13与所述采样单元14连接，所述采样单元与所述能量获取单元15连接。

所述积分电路11，用于对所述半导体探测单元阵列的行信号输出端或列信号输出端输出的电信号进行积分，所述半导体探测单元阵列用于将晶体阵列发送的可见光转换为电信号。

由于根据电信号进行能量计算的实质就是对电信号进行积分，因此本实施例通过积分电路11对所述半导体探测单元阵列的行信号输出端或列信号输出端输出的电信号进行积分，以便所述峰保持电路12将积分后的电信号保持在峰值输出，所述峰值即代表事件的能量值。

本发明不对所述积分电路11在硬件上的实现进行限定，例如，在其中一种可能实现的方式中，所述积分电路11可以为积分放大器；在另一种可能实现的方式中，所述积分电路11还可以为PID(比例Proportion积分Integration微分Differentiation)控制电路。

由于晶体被光子击中产生的一段电信号持续的时间非常短，几乎是瞬态的，因此需要以某种方式将该段电信号保持住，避免在获取到所述晶体的位置之前该段电信号已经输出。因此，所述积分电路11的输出端与所述峰保持电路12的输入端对应连接。所述峰保持电路12，用于将所述积分电路输出的电信号进行峰保持。

所谓“峰保持”，简单的理解就是将电信号保持在峰值，其实际上就是以该电信号的峰值输出。参见图5，图5(a)图为峰保持之前的电信号，其波形为三角波，图5(b)为峰保持之后的信号，即当电信号到达峰值时，将电信号保持在该峰值输出。

本发明不对所述峰保持电路12具体的硬件实现进行限定，在其中一种可能实现的方式中，所述峰保持电路12包括放大器120和二极管121，参见图6，所述放大器120的其中一个输入端与所述半导体探测单元阵列的信号输出端连接，所述放大器120的输出端与二极管121的正极连接，所述二极管121的负极与所述放大器120的另外一个输入端连接，所述二极管的负极121还与所述多路选通器13连接。该峰保持电路12的工作原理是：当电信号从放大器120的正极(A点)输入，在信号增大的过程中，放大器120的输出端(B点)的电压随A点电压的增大而增大，由于此时二极管121为导通状态，因此放大器120负极(C点)的电压也随之增大。当A点电压达到最大值后开始下降，在下降过程中，B点的电压也随之下降，但是由于C点的电压高于B点的电压，导致二极管截止，这时C点的电压保持在所述最大电压值，因此，后续输出至多路选通器13的电信号的电压值保持在电压峰值。

所述峰保持电路12的输出端连接所述多路选通器13，所述多路选通器13，用于根据被光子击中的晶体在所述晶体阵列中的位置，从所述峰保持电路12输出的电信号中选择出所述晶体对应的电信号，并将所述选择出的电信号输出至所述采样单元14。

所谓多路选通器是指从多路电信号中选择其中一路电信号进行输出的装置，其硬件可以通过模拟开关、FPGA等实现，本发明不做具体限定。在本实施例中，所述多路选通器13根据被光子击中的晶体所在所述晶体阵列中的位置，从所述峰保持电路12输出的电信号中选择出所述晶体对应的电信号，并将所述选择输出的电信号输出至所述采样单元。以所述多路选通器13为模拟开关为例，所述模拟开关的每个开关均有相应的编号，一般情况下，所有模拟开关均为关闭状态。当被光子击中的晶体的位置被识别出，则可以根据所述晶体的位置进行编码，所述晶体对应的编码与所述晶体对应的模拟开关的编码相同，根据所述晶体对应的编码控制该晶体对应的模拟开关打开，从而输出该晶体对应的经过峰保持的电信号。至于如何对晶体的位置进行识别，将在下文进行阐述。

所述多路选通器13与所述采样单元14连接，所述采样单元14，用于对所述多路选通器13输出的电信号进行采样。

本发明不对所述采样单元14的硬件实现进行限定，例如可以是ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)器件。

所述采样单元14与所述能量获取单元15连接，所述能量获取单元15，用于利用所述采样的电信号获取所述光子击中晶体产生的能量，以进行有效事件的识别。

由于采样的电信号是经过了“峰保持”的信号，而“峰保持”的信号为对原信号进行了积分的信号，因此，通过读取所述采样信号的电压，并将所述电压进行能量转换，就可以获得光子击中晶体产生的能量，通过判断所述能量是否处于预设的能量范围内，若是，则认为该事件为有效事件，实现有效事件的识别。

所述能量获取单元15的功能可以通过现场可编程门阵列(FPGA)或处理器等硬件进行实现，本发明不做具体限定。

本实施例提供的有效事件识别装置的基本思想是利用所述多路选通器13从众多的电信号中选择出光子击中晶体对应的一路电信号进行能量的获取，因此整个电路只需要一个采样单元14，本实施例的技术方案大大减少了采样单元的数量，有效降低了成本。

装置实施例四

在对光子击中晶体的位置识别，以及得到有效事件的能量之后，符合事件判定的第三步为对所述有效事件进行时间标定。

在本实施例中，所述装置还包括n个时间标定单元，所述硅半导体探测单元阵列划分为n组硅半导体探测单元，所述n个时间标定单元与所述n组硅半导体探测单元一一对应，一组中每个硅半导体探测单元均与对应的时间标定单元连接，其中n为大于或等于2的整数；

所述时间标定单元，用于利用所述有效事件对应的一组硅半导体探测单元输出的信号对所述有效事件的时间进行标定。

本发明不对所述时间标定单元在硬件上的实现进行限定，例如，在一种可能实现的方式中，所述时间标定单元为处理器，在另外一种可能实现的方式中，所述时间标定单元为时间数字转换器(Time to Digital Convert，TDC)。由于时间标定本身属于本领域技术人员公知的常识，因此不再赘述。

本实施例相对于现有技术的另一贡献在于：

现有技术中所述硅半导体探测单元阵列的每个硅半导体探测单元均分别与一个时间标定单元连接，所述时间标定单元对其对应的硅半导体探测单元发生的事件的时间进行标定。例如8×8的硅半导体探测单元阵列需要64个时间标定单元，成本高且系统规模庞大。而本实施例中，将所述硅半导体探测单元阵列划分为n组硅半导体探测单元，每组分别与一个时间标定单元连接，所述时间标定单元对其对应的一组硅半导体探测单元发生的事件的时间进行标定。举例而言，参见图7，该图为以图1的8×8的硅半导体探测单元阵列为例，将所述8×8硅半导体探测单元阵列划分为4组，每组对应一个TDC，图7为其中一组的硬件连接图，在该图中，一个TDC负责对相邻两行共16个硅半导体探测单元进行时间标定，因此所述8×8硅半导体探测单元阵列只需要4个TDC即可完成所有硅半导体探测单元的时间标定，大大减少了硬件数量，有效降低了成本，缩小了系统规模。

在实际应用中，当对有效事件的时间进行标定后，符合事件判定的最后一步：根据进行了时间标定的有效事件，以及所述有效事件对应的晶体的位置进行符合事件的判定。

装置实施例五

在所述装置实施例一的基础上，本实施例提供的有效事件识别装置还包括：或逻辑单元16和时间标定单元17，所述或逻辑单元16的输入端与至少两个所述半导体探测单元阵列的行信号输出端连接，或，所述或逻辑单元16的输入端与至少两个所述半导体探测单元阵列的列信号输出端连接。所述或逻辑单元16，用于将所述半导体探测单元阵列的至少两个信号输出端输出的电信号执行“或”操作。由于执行“或”操作后，原来至少两个信号变为一个信号输出，因此减少了时间标定单元的数量，降低了成本。

一般情况下，在同一个时刻，一个晶体阵列只会被一个光子击中，因此，在所有半导体探测单元阵列的行信号输出端(或列信号输出端)中，只有一个行信号输出端(或列信号输出端)能够输出信号。例如，图8中，若被光子击中的晶体对应的行信号输出端为P1，所述行信号输出端P1输出的电信号输入至对应的或逻辑单元16，行信号输出端P2与所述信号输出端P1与同一个或逻辑单元16连接，由于所述行信号输出端P2对应的晶体没有被光子击中，所述行信号输出端P2不输出电信号或只输出微弱的电信号，因此所述或逻辑单元16输出的电信号实质上为所述行信号输出端P1输出的电信号。

在本实施例中，所述或逻辑单元16的输入端连接的行信号输出端(或列信号输出端)至少为两个，最多可以和所述半导体探测单元的行数(或列数)相同。

所述或逻辑单元16的输出端与所述时间标定单元17对应连接。所述时间标定单元17，用于利用执行了“或”操作的电信号对所述产生的有效事件的时间进行标定。

若识别出有效事件，则读取所述有效事件对应的时间标定单元17标定的时间，以根据所述有效事件的时间进行符合事件的判定。

在本实施中，所述或逻辑单元16的输入端均至少与两个所述半导体探测单元阵列的行信号输出端或列信号输出端连接，因此所述或逻辑单元16的数量必然少于所述行信号输出端或所述列信号输出端的数量，而所述一个或逻辑单元16对应一个时间标定单元17，也就是说，所述时间标定单元17的数量和所述或逻辑单元16的数量相同，均少于所述行信号输出端或所述列信号输出端的数量，因此相对于现有技术，本实施例减少了所述时间标定单元17的数量，降低了成本。

需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)或随机存储记忆体(RandomAccess Memory,RAM)等。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元及模块可以是或者也可以不是物理上分开的。另外，还可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元和模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，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 (9)

1.一种核探测器晶体位置识别装置，其特征在于，所述装置包括：

硅半导体探测单元阵列，所述硅半导体探测单元阵列的每行硅半导体探测单元均分别具有一个行信号输出端，所述硅半导体探测单元阵列的每列硅半导体探测单元均分别具有一个列信号输出端，每个所述硅半导体探测单元均具有这样的连接关系：所述硅半导体探测单元通过一个电阻与该硅半导体探测单元所在行对应的行信号输出端连接，并通过另一个电阻与该硅半导体探测单元所在列对应的列信号输出端连接；所述装置还包括行信号比较单元和列信号比较单元，所述行信号输出端和所述行信号比较单元对应连接，所述列信号输出端与所述列信号比较单元对应连接；

其中，所述行信号比较单元用于将与该行信号比较单元对应的一行硅半导体探测单元输出的电压之和与门限电压进行比较，得到行比较结果；

所述列信号比较单元用于将与该列信号比较单元对应的一列硅半导体探测单元输出的电压之和与所述门限电压进行比较，得到列比较结果；

所述装置还包括晶体位置识别单元，所述晶体位置识别单元的两端分别与所述行信号比较单元和所述列信号比较单元连接，用于根据每个所述行信号比较单元输出的行比较结果和每个列信号比较单元输出的列比较结果识别被光子击中的晶体的位置；

所述装置还包括积分电路、峰保持电路、多路选通器、采样单元、能量获取单元以及有效事件识别单元，用于判断所述能量是否在预设的能量范围内，若是，则将光子击中所述晶体的事件识别为有效事件；其中，所述积分电路的输入端与半导体探测单元阵列的所述行信号输出端或所述列信号输出端对应连接，所述积分电路的输出端与若干个所述峰保持电路的输入端对应连接，所述峰保持电路的输出端分别连接所述多路选通器，所述多路选通器与所述采样单元连接，所述采样单元与所述能量获取单元连接；

所述积分电路，用于对所述半导体探测单元阵列的行信号输出端或列信号输出端输出的电信号进行积分，所述半导体探测单元阵列用于将晶体阵列发送的可见光转换为电信号；

所述峰保持电路，用于将所述积分电路输出的电信号进行峰保持；

所述多路选通器，用于根据被光子击中的晶体在所述晶体阵列中的位置，从所述峰保持电路输出的电信号中选择出所述晶体对应的电信号，并将所述选择出的电信号输出至所述采样单元；

所述采样单元，用于对所述多路选通器输出的电信号进行采样；

所述能量获取单元，用于利用采样的电信号得到所述光子击中晶体产生的能量；

所述有效事件识别单元，用于判断所述能量是否在预设的能量范围内，若是，则将光子击中所述晶体的事件识别为有效事件。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述行信号比较单元，具体用于将与该行信号比较单元对应的一行硅半导体探测单元输出的电压之和与门限电压进行比较，若所述一行硅半导体探测单元输出的电压之和高于或等于所述门限电压，则输出高电平；若所述一行硅半导体探测单元输出的电压之和低于所述门限电压，则输出低电平或者不输出任何电平。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述列信号比较单元，具体用于将与该列信号比较单元对应的一列硅半导体探测单元输出的电压之和与门限电压进行比较，若所述一列硅半导体探测单元输出的电压之和高于或等于所述门限电压，则输出高电平；若所述一列硅半导体探测单元输出的电压之和低于所述门限电压，则输出低电平或不输出任何电平。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述晶体位置识别单元，具体用于读取每个所述行信号比较单元输出的行比较结果和每个列信号比较单元输出的列比较结果，若行比较结果和列比较结果均为高电平，则将该行比较结果对应的一行硅半导体探测单元和所述列比较结果对应的一列硅半导体探测单元的交点的位置识别为被光子击中的晶体的位置。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述行信号比较单元和/或所述列信号比较单元为比较器。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括放大器和采样器，其中，每行或每列硅半导体探测单元均对应一个放大器和一个采样器，所述放大器用于放大对应行或列的硅半导体探测单元输出的电信号，所述采样器用于对所述放大器放大的电信号进行采样；

所述采样器与所述能量获取单元连接，所述能量获取单元与所述晶体位置识别单元连接，所述有效事件识别单元与所述能量获取单元连接；

所述能量获取单元，用于根据所述被光子击中的晶体的位置，获取所述晶体对应的硅半导体探测单元所在行或所在列的采样电信号，并计算得到所述硅半导体探测单元所述所在行或所在列的采样电信号的能量；

所述有效事件识别单元，用于判断所述能量是否在预设的能量范围内，若是，则将光子击中所述晶体的事件识别为有效事件。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述峰保持电路包括放大器和二极管，所述放大器的其中一个输入端与所述半导体探测单元阵列的信号输出端连接，所述放大器的输出端与二极管的正极连接，所述二极管的负极与所述放大器的另外一个输入端连接，所述二极管的负极还与所述多路选通器连接。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括n个时间标定单元，所述硅半导体探测单元阵列划分为n组硅半导体探测单元，所述n个时间标定单元与所述n组硅半导体探测单元一一对应，一组中每个硅半导体探测单元均与对应的时间标定单元连接，其中n为大于或等于2的整数；

所述时间标定单元，用于利用所述有效事件对应的一组硅半导体探测单元输出的信号对所述有效事件的时间进行标定。

9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括或逻辑单元和时间标定单元，所述或逻辑单元的输入端与至少两个所述半导体探测单元阵列的行信号输出端连接，或，所述或逻辑单元的输入端与至少两个所述半导体探测单元阵列的列信号输出端连接；所述或逻辑单元的输出端与所述时间标定单元对应连接；

所述或逻辑单元，用于将所述半导体探测单元阵列的至少两个行信号输出端输出的电信号执行“或”操作，或，用于将所述半导体探测单元阵列的至少两个列信号输出端输出的电信号执行“或”操作；

所述时间标定单元，用于利用执行了“或”操作的电信号对所述有效事件的时间进行标定。