CN108051843B - 一种pet探测器的位置编码方法及装置 - Google Patents

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    • G01T1/2985—In depth localisation, e.g. using positron emitters; Tomographic imaging (longitudinal and transverse section imaging; apparatus for radiation diagnosis sequentially in different planes, steroscopic radiation diagnosis)

Abstract

本发明适用医疗设备技术领域，提供了一种PET探测器的位置编码电路、方法及装置，该探测器位置编码电路包括M*N个探测单元和电阻分压电路，该电阻分压电路包括M+N+2个电阻，该探测单元包括一个光电探测器和两个分流电阻，两个分流电阻的一端与光电探测器的一端连接，两个分流电阻中一分流电阻的另一端与对应的行信号线连接，两个分流电阻中另一分流电阻的另一端与对应的列信号线连接，该光电探测器的另一端与电源连接，行、列信号分别通过电阻分压电路编码分别得到两个行相关位置信号和两个列相关位置信号，从而在维持PET探测器的时间性能和定位精度的同时，降低了PET探测器的电子学复杂度。

Description

一种PET探测器的位置编码方法及装置
技术领域
本发明属于医疗设备技术领域，尤其涉及一种PET探测器的位置编码电路、方法及装置。
背景技术
硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier，简称SiPM)是近年来一种常用的光电探测器，用于核医学正电子发射断层扫描成像(Positron Emission Tomography，简称PET)和核物理研究等。目前的PET探测器研究热点是高性能的位置灵敏探测器，通常由探测器阵列、位置编码电路和小的闪烁晶体阵列构成。位置灵敏探测器的原理是通过闪烁晶体中闪烁光在探测器阵列中分布的重心确定晶体的具体位置。由于探测器阵列的通道数通常较多，采用单独读出方法会造成电子学复杂度和成本很高，目前的研究热点是设计位置编码电路进行通道压缩(通常压缩为4个信号进行读出)。基于探测器阵列的位置编码方法主要有离散定位法(如电阻网络读出方法)和电荷分配法(如行列相加读出方法)两种类型。这两种类型的位置编码方法都是将多路信号压缩为4路后再送入后端电子学进行处理。两种方法各有优劣：电荷分配法具有更好的时间性能和定位精度，然而其电子学复杂度依然很高；离散定位法的电子学复杂度很低，然而其时间性能很差，定位精度也略差于电荷分配法。
目前，与本发明最相似的方法为行列相加读出方法，该方法通过将每一个探测器单元的信号通过分流电阻均分到相应的行信号线和列信号线中，再将每一行和每一列的信号汇入到一个通道得到M行和N列信号输出，分别进行放大后通过加权求和的方法，分别将M行和N列信号压缩为两路行编码信号和两路列编码信号。该方法虽然通道数压缩成为了4个，但是需要大量的模拟放大器，因此电子学复杂度高、读出板面积大、功耗很大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PET探测器的位置编码电路、方法及装置，旨在解决由于现有探测器位置编码方法的电子学复杂度高的问题。
一方面，本发明提供了一种探测器位置编码电路，所述探测器位置编码电路包括M*N个探测单元和电阻分压电路，该电阻分压电路包括M+N+2个电阻，所述探测单元包括一个光电探测器和两个分流电阻，所述两个分流电阻的一端与所述光电探测器的一端连接，所述两个分流电阻中一分流电阻的另一端与对应的行信号线连接，所述两个分流电阻中另一分流电阻的另一端与对应的列信号线连接，所述光电探测器的另一端与电源连接，其中，所述M、N为自然数。
另一方面，本发明提供了一种用于上述探测器位置编码电路的探测器位置编码方法，所述方法包括下述步骤：
获取PET探测器的探测器阵列中各个探测单元的探测信号，将所述各个探测单元的探测信号均分到所述探测器阵列中对应的行信号线和列信号线中，所述探测器阵列为M*N阵列，所述探测器阵列包括M*N个探测单元；
对所述探测器阵列每条行信号线的探测信号分别进行汇总，得到所述探测器阵列M行信号线分别对应的行探测信号，并对所述探测器阵列每条列信号线的探测信号分别进行汇总，得到所述探测器阵列的N列信号线分别对应的列探测信号；
通过电阻分压的方式，分别对所述探测器阵列M行信号线的行探测信号和所述探测器阵列N列信号线的列探测信号进行编码，以对应得到所述探测器阵列的2个行相关探测信号和2个列相关探测信号；
输出所述编码得到的所述2个行相关探测信号和2个列相关探测信号。
另一方面，本发明还提供了一种用于上述探测器位置编码电路的探测器位置编码装置，所述装置包括：
信号分配单元，用于获取PET探测器的探测器阵列中各个探测单元的探测信号，将所述各个探测单元的探测信号均分到所述探测器阵列中对应的行信号线和列信号线中，所述探测器阵列为M*N阵列，所述探测器阵列包括M*N个探测单元；
信号汇总单元，用于对所述探测器阵列每条行信号线的探测信号分别进行汇总，得到所述探测器阵列M行信号线分别对应的行探测信号，并对所述探测器阵列每条列信号线的探测信号分别进行汇总，得到所述探测器阵列的N列信号线分别对应的列探测信号；以及
信号编码单元，用于通过电阻分压的方式，分别对所述探测器阵列M行信号线的行探测信号和所述探测器阵列N列信号线的列探测信号进行编码，以对应得到所述探测器阵列的2个行相关探测信号和2个列相关探测信号；
信号输出单元，用于输出所述编码得到的所述2个行相关探测信号和2个列相关探测信号。
本发明中的PET探测器位置编码电路包括M*N个探测单元和电阻分压电路，该电阻分压电路包括M+N+2个电阻，该探测单元包括一个光电探测器和两个分流电阻，两个分流电阻的一端与光电探测器的一端连接，两个分流电阻中一分流电阻的另一端与对应的行信号线连接，两个分流电阻中另一分流电阻的另一端与对应的列信号线连接，该光电探测器的另一端与电源连接，行、列信号分别通过电阻分压电路编码分别得到两个行相关位置信号和两个列相关位置信号，从而在维持PET探测器的时间性能和定位精度的同时，降低了PET探测器的电子学复杂度。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的共阴极M*N阵列结构的PET探测器位置编码电路示意图；
图2是本发明实施例二提供的PET探测器的探测器位置编码方法的实现流程图；
图3是本发明实施例二提供的共阴极4*4阵列结构的PET探测器位置编码电路示意图；
图4是本发明实施例三提供的PET探测器的探测器位置编码装置的结构示意图；以及
图5是本发明实施例四提供的PET探测器的探测器位置编码装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
实施例一：
图1示出了本发明实施例一提供的共阴极M*N阵列结构的PET探测器位置编码电路，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
本发明实施例的PET探测器位置编码电路包括M*N个探测单元11和电阻分压电路，该电阻分压电路包括M+N+2个电阻12，该探测单元11包括一个光电探测器111和两个分流电阻112，两个分流电阻112的一端与光电探测器111 的一端连接，两个分流电阻112中一分流电阻的另一端与对应的行信号线连接，两个分流电阻112中另一分流电阻的另一端与对应的列信号线连接，每条行信号线与两个电阻12连接，每条列信号线与两个电阻12连接，该光电探测器111 的另一端与电源连接，行、列信号分别通过电阻分压电路编码分别得到两个行相关位置信号和两个列相关位置信号，从而在维持PET探测器的时间性能和定位精度的同时，降低了PET探测器的电子学复杂度。其中，M、N为自然数。
在本发明实施例中，两个分流电阻112可以与光电探测器111的阴极连接并在阴极施加正向偏置电压，此时光电探测器111的阳极与电源连接。另外，在其他条件保持不变的情况下，两个分流电阻112也可以与光电探测器111的阳极连接并在阳极施加负向偏置电压，此时光电探测器111的阴极与电源连接。优选地，探测单元11中的光电探测器111为硅光电倍增管，从而提高PET探测器位置探测的准确性。
实施例二：
图2示出了本发明实施例二提供的PET探测器的探测器位置编码方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
在步骤S201中，获取PET探测器的探测器阵列中各个探测单元的探测信号，将各个探测单元的探测信号均分到探测器阵列中对应的行信号线和列信号线中，该探测器阵列为M*N阵列，该探测器阵列包括M*N个探测单元。
本发明实施例适用于实施例一描述的、包含探测器阵列的PET探测器，以方便对探测器阵列中的探测器进行位置编码。在本发明实施例中，探测器阵列为M*N阵列，探测器阵列包括M*N个探测单元，对探测器阵列中的各个探测单元施加偏置电压的方式可以为共阴极方式或者共阳极方式。当同时对所有单元的阴极(共阴极方式)施加正向偏置电压的方法使单元中的雪崩光电二极管 (Avalanche Photo Diode，简称APD)微单元工作在盖革模式下时，所有的信号从各个探测单元的阳极输出，当同时对所有单元的阳极(共阳极方式)施加负向偏置电压的方法使单元中的APD微单元工作在盖革模式下时，所有的信号从各个探测单元的阴极输出。
图3展示了共阴极的4*4探测器阵列，当探测器阵列工作在盖革模式下时，首先获取探测器阵列中16(即4*4)个探测单元中每个探测单元的探测信号，然后将各个探测单元的探测信号通过两个电阻均分到探测器阵列中对应的行信号线和列信号线中。
在步骤S202中，对探测器阵列每条行信号线的探测信号分别进行汇总，得到探测器阵列M行信号线分别对应的行探测信号，并对探测器阵列每条列信号线的探测信号分别进行汇总，得到探测器阵列的N列信号线分别对应的列探测信号。
在本发明实施例中，以图3所示的共阴极4*4阵列结构的探测器位置编码电路为例，探测器阵列包含4行和4列，对每一行的探测信号分别进行汇总，得到对应行的探测信号，并对每一列的探测信号分别进行汇总，得到对应列的探测信号，从而得到4行和4列探测信号。
在步骤S203中，通过电阻分压的方式，分别对探测器阵列M行信号线的行探测信号和探测器阵列N列信号线的列探测信号进行编码，以对应得到探测器阵列的2个行相关探测信号和2个列相关探测信号。
在本发明实施例中，以图3所示的共阴极4*4阵列结构的探测器位置编码电路为例，将4个行信号通过电阻分压的方式进行编码，生成2个行相关探测信号，并将4个列信号通过电阻分压的方式进行编码，生成2个列相关探测信号，即将16个探测单元信号压缩为4路信号，从而在维持PET探测器的时间性能和定位精度的同时，降低了PET探测器的电子学复杂度。
优选地，在得到2个行相关探测信号和2个列相关探测信号之后，可以根据2个行相关探测信号和2个列相关探测信号的信号强度X1、X2、Y1、Y2，使用公式
Figure BDA0001450948690000061
和
Figure BDA0001450948690000062
计算待探测位置的坐标(x,y)。优选地，在得到2个行相关探测信号和2个列相关探测信号之后，可以根据2个行相关探测信号和 2个列相关探测信号的信号强度X1、X2、Y1、Y2，使用公式E＝X1+X2+Y1+ Y2计算探测器阵列的总能量。
在步骤S204中，输出编码得到的2个行相关探测信号和2个列相关探测信号。
在本发明实施例中，优选地，在输出编码得到的2个行相关探测信号和2 个列相关探测信号时，对编码得到的2个行相关探测信号和2个列相关探测信号进行放大并输出，从而提高了输出探测信号的强度，进而提高探测准确性和灵敏性。
实施例三：
图4示出了本发明实施例三提供的PET探测器的探测器位置编码装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，其中包括：
信号分配单元41，用于获取PET探测器的探测器阵列中各个探测单元的探测信号，将各个探测单元的探测信号均分到探测器阵列中对应的行信号线和列信号线中，该探测器阵列为M*N阵列，该探测器阵列包括M*N个探测单元。
在本发明实施例中，PET探测器包括实施例一所述的位置编码电路，PET 探测器的探测器阵列为M*N阵列，探测器阵列包括M*N个探测单元，对探测器阵列中的各个探测单元施加偏置电压的方式可以为共阴极方式或者共阳极方式。当同时对所有单元的阴极(共阴极方式)施加正向偏置电压的方法使APD 微单元工作在盖革模式下时，所有的信号从各个探测单元的阳极输出，当同时对所有单元的阳极(共阳极方式)施加负向偏置电压的方法使单元中的APD微单元工作在盖革模式下时，所有的信号从各个探测单元的阴极输出。
信号汇总单元42，用于对探测器阵列每条行信号线的探测信号分别进行汇总，得到探测器阵列M行信号线分别对应的行探测信号，并对探测器阵列每条列信号线的探测信号分别进行汇总，得到探测器阵列的N列信号线分别对应的列探测信号。
信号编码单元43，用于通过电阻分压的方式，分别对探测器阵列M行信号线的行探测信号和探测器阵列N列信号线的列探测信号进行编码，以对应得到探测器阵列的2个行相关探测信号和2个列相关探测信号。
信号输出单元44，用于输出编码得到的2个行相关探测信号和2个列相关探测信号。
在本发明实施例中，首先通过信号分配单元41获取PET探测器的探测器阵列中各个探测单元的探测信号，将各个探测单元的探测信号均分到探测器阵列中对应的行信号线和列信号线中，然后通过信号汇总单元42对探测器阵列每条行信号线的探测信号分别进行汇总，得到探测器阵列M行信号线分别对应的行探测信号，并对探测器阵列每条列信号线的探测信号分别进行汇总，得到探测器阵列的N列信号线分别对应的列探测信号，之后信号编码单元43通过电阻分压的方式，分别对探测器阵列M行信号线的行探测信号和探测器阵列N列信号线的列探测信号进行编码，以对应得到探测器阵列的2个行相关探测信号和2个列相关探测信号，最后通过信号输出单元44输出编码得到的2个行相关探测信号和2个列相关探测信号，从而在维持PET探测器的时间性能和定位精度的同时，降低了PET探测器的电子学复杂度。
在本发明实施例中，PET探测器的探测器位置编码装置的各单元可由相应的硬件或软件单元实现，各单元可以为独立的软、硬件单元，也可以集成为一个软、硬件单元，在此不用以限制本发明。
实施例四：
图5示出了本发明实施例四提供的PET探测器的探测器位置编码装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，其中包括：
信号分配单元51，用于获取PET探测器的探测器阵列中各个探测单元的探测信号，将各个探测单元的探测信号均分到探测器阵列中对应的行信号线和列信号线中，该探测器阵列为M*N阵列，该探测器阵列包括M*N个探测单元。
在本发明实施例中，探测器阵列为M*N阵列，探测器阵列包括M*N个探测单元，对探测器阵列中的各个探测单元施加偏置电压的方式可以为共阴极方式或者共阳极方式。当同时对所有单元的阴极(共阴极方式)施加正向偏置电压的方法使APD微单元工作在盖革模式下时，所有的信号从各个探测单元的阳极输出，当同时对所有单元的阳极(共阳极方式)施加负向偏置电压的方法使单元中的APD微单元工作在盖革模式下时，所有的信号从各个探测单元的阴极输出。
信号汇总单元52，用于对探测器阵列每条行信号线的探测信号分别进行汇总，得到探测器阵列M行信号线分别对应的行探测信号，并对探测器阵列每条列信号线的探测信号分别进行汇总，得到探测器阵列的N列信号线分别对应的列探测信号。
信号编码单元53，用于通过电阻分压的方式，分别对探测器阵列M行信号线的行探测信号和探测器阵列N列信号线的列探测信号进行编码，以对应得到探测器阵列的2个行相关探测信号和2个列相关探测信号。
在本发明实施例中，在得到2个行相关探测信号和2个列相关探测信号之后，可以根据2个行相关探测信号和2个列相关探测信号的信号强度 X1、X2、Y1、Y2，使用公式
Figure BDA0001450948690000091
和
Figure BDA0001450948690000092
计算待探测位置的坐标(x,y)。优选地，在得到2个行相关探测信号和2个列相关探测信号之后，可以根据2 个行相关探测信号和2个列相关探测信号的信号强度X1、X2、Y1、Y2，使用公式E＝X1+X2+Y1+Y2计算探测器阵列的总能量。
信号输出单元54，用于输出编码得到的2个行相关探测信号和2个列相关探测信号。
在本发明实施例中，优选地，在输出编码得到的2个行相关探测信号和2 个列相关探测信号时，对编码得到的2个行相关探测信号和2个列相关探测信号进行放大并输出，从而提高了输出探测信号的强度，进而提高探测准确性和灵敏性。
因此，优选地，该装置还包括：
位置计算单元55，用于根据2个行相关探测信号和2个列相关探测信号的信号强度，计算待探测位置的坐标；
能量计算单元56，用于根据2个行相关探测信号或2个列相关探测信号的信号强度，计算探测器阵列的总能量；
优选地，该信号输出单元54包括：
信号输出子单元541，用于对编码得到的2个行相关探测信号和2个列相关探测信号进行放大并输出。
在本发明实施例中，PET探测器的探测器位置编码装置的各单元可由相应的硬件或软件单元实现，各单元可以为独立的软、硬件单元，也可以集成为一个软、硬件单元，在此不用以限制本发明。

Claims (6)

1.一种探测器位置编码方法，其特征在于，使用如下PET探测器的位置编码电路：
所述位置编码电路包括M*N个探测单元和电阻分压电路，该电阻分压电路包括M+N+2个电阻，其中所述电阻分压电路对应M行包括M+1个电阻，对应N列包括N+1个电阻；所述探测单元包括一个光电探测器和两个分流电阻，所述两个分流电阻的一端与所述光电探测器的一端连接，所述两个分流电阻中一分流电阻的另一端与对应的行信号线连接，所述两个分流电阻中另一分流电阻的另一端与对应的列信号线连接，所述光电探测器的另一端与电源连接，其中，所述M、N为自然数；
所述方法包括下述步骤：
获取PET探测器的探测器阵列中各个探测单元的探测信号，将各个所述探测单元的探测信号均分到所述探测器阵列中对应的行信号线和列信号线中，所述探测器阵列为M*N阵列，所述探测器阵列包括M*N个探测单元；
对所述探测器阵列每条行信号线的探测信号分别进行汇总，得到所述探测器阵列M行信号线分别对应的行探测信号，并对所述探测器阵列每条列信号线的探测信号分别进行汇总，得到所述探测器阵列的N列信号线分别对应的列探测信号；
通过电阻分压的方式，分别对所述探测器阵列M行信号线的行探测信号和所述探测器阵列N列信号线的列探测信号进行编码，以对应得到所述探测器阵列的2个行相关探测信号和2个列相关探测信号的信号强度X1、X2、Y1、Y2，使用公式
Figure FDA0002722455200000011
和
Figure FDA0002722455200000012
计算待探测位置的坐标；
输出所述编码得到的所述2个行相关探测信号和2个列相关探测信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述2个行相关探测信号和2个列相关探测信号的信号强度，使用公式E＝X1+X2+Y1+Y2计算所述探测器阵列的总能量。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，输出所述编码得到的所述2个行相关探测信号和2个列相关探测信号的步骤，包括：
对所述编码得到的所述2个行相关探测信号和2个列相关探测信号进行放大并输出。
4.一种探测器位置编码装置，其特征在于，使用如下PET探测器的位置编码电路：
所述位置编码电路包括M*N个探测单元和电阻分压电路，该电阻分压电路包括M+N+2个电阻，其中所述电阻分压电路对应M行包括M+1个电阻，对应N列包括N+1个电阻；所述探测单元包括一个光电探测器和两个分流电阻，所述两个分流电阻的一端与所述光电探测器的一端连接，所述两个分流电阻中一分流电阻的另一端与对应的行信号线连接，所述两个分流电阻中另一分流电阻的另一端与对应的列信号线连接，所述光电探测器的另一端与电源连接，其中，所述M、N为自然数；
所述装置包括：
信号分配单元，用于获取PET探测器的探测器阵列中各个探测单元的探测信号，将所述各个探测单元的探测信号均分到所述探测器阵列中对应的行信号线和列信号线中，所述探测器阵列为M*N阵列，所述探测器阵列包括M*N个探测单元；
信号汇总单元，用于对所述探测器阵列每条行信号线的探测信号分别进行汇总，得到所述探测器阵列M行信号线分别对应的行探测信号，并对所述探测器阵列每条列信号线的探测信号分别进行汇总，得到所述探测器阵列的N列信号线分别对应的列探测信号；以及
信号编码单元，用于通过电阻分压的方式，分别对所述探测器阵列M行信号线的行探测信号和所述探测器阵列N列信号线的列探测信号进行编码，以对应得到所述探测器阵列的2个行相关探测信号和2个列相关探测信号的信号强度X1、X2、Y1、Y2；
位置计算单元，使用公式
Figure FDA0002722455200000031
和
Figure FDA0002722455200000032
计算待探测位置的坐标；
信号输出单元，用于输出所述编码得到的所述2个行相关探测信号和2个列相关探测信号。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
能量计算单元，用于根据所述2个行相关探测信号和2个列相关探测信号的信号强度，使用公式E＝X1+X2+Y1+Y2计算所述探测器阵列的总能量。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述信号输出单元包括：
信号输出子单元，用于对所述编码得到的所述2个行相关探测信号和2个列相关探测信号进行放大并输出。
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