CN111142148B - 一种位置敏感型闪烁探测器的倒装sql方法 - Google Patents

一种位置敏感型闪烁探测器的倒装sql方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法，涉及核探测、数字信号处理和光电信号处理领域，包括以下步骤：四个PET探测器接收四个通道的闪烁脉冲模拟信号，一个探测器将闪烁脉冲模拟信号输送至四路比较器；电压阈值设定模块与比较器连接，分别为每路比较器提供等差的电压阈值，等差阈值为比较器提供了参考电压阈值；闪烁脉冲模拟信号经过四路比较器进行处理后，转变为0和1的数字信号；数字信号经连接线传输至交叉复用模块，交叉复用模块对采集到的四路数字信号进行交叉信号处理，获得倒装后的数字信号用于后续信号处理。本发明采用倒装SQL方法提前剔除小脉冲，获取闪烁脉冲的有效信息，节约硬件成本的同时提高了实施效率。

Description

一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法
技术领域
本发明涉及核探测、数字信号处理和光电信号处理领域，具体涉及一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法。
背景技术
正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography，以下简称PET)、X射线、计算机断层成像(Computer Tomography，以下简称CT)、环境辐射监测、高能射线探测等都是利用光信号穿透人体或者物质，再通过探测器检测穿透人体或者物质的射线信号形成影像的。其中PET的工作原理为：采用闪烁晶体、光检测部件、光电转换器等器件将伽玛光子转变为闪烁脉冲模拟信号，并将闪烁脉冲模拟信号输送至信号处理模块进行处理获得需要的信息以及图像。其中光电转换器件包括光电倍增管(Photo-Multiplier Tube，以下简称PMT)、硅光电倍增器(Si-Photo Multiplier，以下简称SiPM)、位置敏感型光电倍增管(PositionSensitive Photo-Multiplier Tube，以下简称PSPMT)。
闪烁体、光检测部件、光电转换器件组成闪烁探测器。粒子进入闪烁体时，闪烁体的原子或分子受到刺激后会产生荧光，通过光导和反射体等光的检测部件尽可能多地将荧光照射在光电转换器件上，荧光经过光电转换器件后光信号转换为电信号，电信号经过倍增后，在输出级被收集，从而形成电脉冲。闪烁体育光电倍增管结合后形成闪烁探测器，其中位置敏感型闪烁探测器即为位置敏感型光电倍增管与闪烁体结合后形成的。
PSPMT使用具有位置敏感性能的电子倍增极，各极间二次电子发射的飞行空间很小；其原理是通过P-N结在闪烁光的入射点附近的P层产生正电荷，在N层产生负电荷，P层不均匀的正电荷形成电流，PSPMT的输出端输出与到输出电极距离成反比的电流，通过流过电极的电流可以计算闪烁光入射的位置。
稀疏量化电平(Sparse Quantization Level，以下简称SQL)采样方法是预先设置3-8个电平阈值，记录下闪烁脉冲信号越过这几个电频阈值点的时间，得到少量“电平-时间”样本完成采样。由于闪烁脉冲本身和采样过程中都存在噪声，在进行SQL方法采样时，无法识别小脉冲的干扰，数字化过程中无法准确的提取闪烁脉冲的有效信息，使得探测器的探测效率降低，时间分辨率降低。
发明内容
为解决现有技术问题，本发明提出了倒装SQL方法，对经过SQL采样方法采样后的闪烁脉冲数字信号采用循环交叉法，通过平均翻转方式，实现探测器的信道平衡，准确提取闪烁脉冲的有效信息，实现小脉冲干扰的提前剔除，并且结合PSPMT，在获得以上所述有益效果的同时可以实现硬件成本的降低以及闪烁光入射位置的获取。
本发明具体采用以下技术方案：
一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法，包括以下步骤：
S1：四个PET探测器接收四个通道的闪烁脉冲模拟信号，一个所述探测器将所述闪烁脉冲模拟信号输送至四路比较器；
S2：电压阈值设定模块与所述比较器连接，并分别为每路比较器提供电压阈值信息，所述电压阈值信息为比较器提供了参考电压阈值；
S3：所述闪烁脉冲模拟信号经过所述四路比较器进行处理后，转变为0和1的数字信号；
S4：所述数字信号经连接线传输至交叉复用模块，所述交叉复用模块对采集到的四路数字信号进行交叉信号处理，获得倒装后的数字信号；
S5：倒装后的数字信号经过减噪模块，去除噪声干扰，获得减噪后的数字信号；
S6：信号筛选模块对减噪后的信号进行筛选，剔除小脉冲干扰；
S7：经过上述步骤后，通过信号输出模块将倒装后的信号输出。
进一步的方案是，S1中所述的PET探测器为位置敏感型闪烁探测器且四个探测器组成一个探测器组，在PET系统中所述探测器组的数量≤8，所述探测器的数量≤32。
进一步的方案是，S1中所述的四路比较器同时接收PET探测的信号和电压阈值设定发送的阈值电压信号，其中发送到四路比较器的阈值电压信息都是不同的，且阈值电压信息与比较器接收到的闪烁脉冲模拟信号成正比关系。
进一步的方案是，S2中所述的电压阈值设定模块输出的四路电压阈值中每一路又包含四个电压信息，并且所述四个电压信息成等差分布。
进一步的方案是，S3中所述的闪烁脉冲模拟信号输入到所述四路比较器中，并与所述四路比较器中的参考电压进行比较，其中所述闪烁脉冲模拟信号中大于所述参考电压的部分转变为信号1，所述模拟信号中小于参考电压的部分转变为信号0。
进一步的方案是，S4中所述的交叉信号处理的方法为循环交叉法。
进一步的方案是，S4中所述的倒装后的数字信号仍由信号0和信号1组成，且所述倒装后的数字信号首末两端的轮廓仍能组成一个新的闪烁脉冲信号的形状。
进一步的方案是，S5中所述的减噪模块中减除的噪声包括闪烁脉冲的加性噪声和乘性噪声。
进一步的方案是，S6中所述的小脉冲为幅值大于一般噪声但是在信号获取中属于无效的脉冲事件。
进一步的方案是，S7中所述的信号输出的方式为并行输出。
本发明的有益效果：
对经过SQL采样方法采样后的闪烁脉冲数字信号采用循环交叉法，通过平均翻转方式，实现探测器的信道平衡，准确提取闪烁脉冲的有效信息，实现小脉冲干扰的提前剔除，并且结合PSPMT，在获得以上所述有益效果的同时可以实现硬件成本的降低以及闪烁光入射位置的获取；倒装SQL方法的使用有效地减少了系统硬件的成本；结合减噪模块和信号筛选模块，倒装SQL方法也提高了系统处理闪烁脉冲的效率。
附图说明
图1为本发明实施例一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法的流程图；
图2为本发明实施例一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法的结构示意图；
图3为本发明实施例一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法中的信号倒装示意图；
图4为本发明实施例一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法中小脉冲剔除的流程图；
图5为本发明实施例一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法中存在小脉冲时的信号转换示意图；
附图标注：1-探测器；2-闪烁脉冲模拟信号；3-闪烁脉冲数字信号；4-倒装后的闪烁脉冲数字信号。
具体实施方式
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。
如图1所示，本发明的一个实施例公开了一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法，包括以下步骤：
S1：四个PET探测器接收四个通道的闪烁脉冲模拟信号，一个所述探测器将所述闪烁脉冲模拟信号输送至四路比较器；
S2：电压阈值设定模块与比较器连接，并分别为每路比较器提供电压阈值信息，电压阈值信息为比较器提供了参考电压阈值；
S3：闪烁脉冲模拟信号经过四路比较器进行处理后，转变为0和1的数字信号；
S4：数字信号经连接线传输至交叉复用模块，交叉复用模块对采集到的四路数字信号进行交叉信号处理，获得倒装后的数字信号；
S5：倒装后的数字信号经过减噪模块，去除噪声干扰，获得减噪后的数字信号；
S6：信号筛选模块对减噪后的信号进行筛选，剔除小脉冲干扰；
S7：经过上述步骤后，通过信号输出模块将倒装后的信号输出。
在本实施例中，S1中的PET探测器为位置敏感型闪烁探测器且四个探测器组成一个探测器组，在PET系统中探测器组的数量≤8，探测器的数量≤32。
在本实施例中，S1中的四路比较器同时接收PET探测的信号和电压阈值设定发送的阈值电压信号，其中发送到四路比较器的阈值电压信息都是不同的，且阈值电压信息与比较器接收到的闪烁脉冲模拟信号成正比关系。
在本实施例中，S2中的电压阈值设定模块输出的四路电压阈值中每一路又包含四个电压信息，并且四个电压信息成等差分布。
在本实施例中，S3中的闪烁脉冲模拟信号输入到四路比较器中，并与四路比较器中的参考电压进行比较，其中闪烁脉冲模拟信号中大于参考电压的部分转变为信号1，模拟信号中小于参考电压的部分转变为信号0。
在本实施例中，S4中的交叉信号处理的方法为循环交叉法。
在本实施例中，S4中的倒装后的数字信号仍由信号0和信号1组成，且所述倒装后的数字信号首末两端的轮廓仍能组成一个新的闪烁脉冲信号的形状。
在本实施例中，S5中的减噪模块中减除的噪声包括闪烁脉冲的加性噪声和乘性噪声。
在本实施例中，S6中的小脉冲为幅值大于一般噪声但是在信号获取中属于无效的脉冲事件。
在本实施例中，S7中的信号输出的方式为并行输出。
在本实施例中，所有模块之间通过连接器连接和发送与接收信号。
在本实施例中，闪烁脉冲模拟信号的产生原理：通过位置敏感型闪烁探测器检测到闪烁光信号并将检测到的闪烁光信号转换成所示闪烁脉冲模拟信号的。
如图2所示，本发明中四路探测器组成一个探测器组，探测器组中的每路探测器都会接收到闪烁脉冲模拟信号且一个探测器组中的每个探测器都与四路比较器连接；电压阈值设定模块为比较器提供参考阈值电压；通过电压阈值设定模块设定的参考阈值电压，四路比较器接收探测器输出的闪烁脉冲模拟信号，对比参考阈值电压与实际电压后的信号通过连接器传输至倒装板进行信号倒装以及交叉复用，最后将处理后的信号输送至现场可编程芯片FPGA处理。
如图3所示，本发明中信号倒装包括探测器1、闪烁脉冲模拟信号2、闪烁脉冲数字信号3以及倒装后的闪烁脉冲数字信号4；四个探测器1组成一个探测器组，每个探测器1接收到闪烁脉冲模拟信号2后，经过四路比较器处理后得到闪烁脉冲数字信号3，通过倒装板对闪烁脉冲数字信号3进行交叉复用处理后得到倒装后的闪烁脉冲数字信号4，对比闪烁脉冲数字信号3和倒装后的闪烁脉冲数字信号4可以看到，交叉复用的方法是循环交叉法。
对闪烁脉冲模拟信号2进行数字化处理的方法是SQL方法，通过电压阈值设定模块对比较器中设置参考阈值电压，比较输入的闪烁脉冲模拟信号2和参考阈值电压，获得0和1的数字信号。闪烁脉冲模拟信号2上的四个参考阈值电压为Vi1、Vi2、Vi3、Vi4，其中i＝1，2，3，4。
如图4所示，本发明中小脉冲剔除包括以下步骤：确定闪烁脉冲模拟信号2的到达时间；通过峰值检测获得闪烁脉冲模拟信号2的峰值以确定比较器的参考阈值电压；电压阈值设定模块确定比较器的阈值电压V1、V2、V3、V4；将闪烁脉冲模拟信号2输入至比较器中输出闪烁脉冲数字信号3；对比正常的闪烁脉冲数字信号3，检测接收的闪烁脉冲数字信号是否有异常的翻转电平；若在正常闪烁脉冲数字信号之外没有异常的翻转电平，则直接闪烁脉冲数字信号直接输出至信号处理模块；若在正常闪烁脉冲数字信号之外还有异常的翻转电平，但满足堆积条件时，则将闪烁脉冲数字信号输出至堆积处理模块进行堆积信号处理；若在正常闪烁脉冲数字信号之外还有异常的翻转电平，并且已经判断过不满足堆积条件，则认定异常的翻转电平为小脉冲干扰，通过删除异常的翻转电平获得校正的闪烁脉冲信号，并输出校正后的闪烁脉冲信号至后续的信号处理模块。
如图5所示，本发明中的闪烁脉冲模拟信号2经过比较器处理后获得的闪烁脉冲数字信号3中出现异常的翻转电平，在判断不满足堆积条件后，认定为小脉冲干扰，通过小脉冲剔除流程获得正常的闪烁脉冲数字信号。
最后说明的是，以上仅对本发明具体实施例进行详细描述说明。但本发明并不限制于以上描述具体实施例。本领域的技术人员对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都涵盖在本发明范围内。

Claims (10)

1.一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：四个PET探测器接收四个通道的闪烁脉冲模拟信号，一个所述探测器将所述闪烁脉冲模拟信号输送至四路比较器；
S2：电压阈值设定模块与所述比较器连接，并分别为每路比较器提供电压阈值信息，所述电压阈值信息为比较器提供了参考电压阈值；
S3：所述闪烁脉冲模拟信号经过所述四路比较器进行处理后，转变为0和1的数字信号；
S4：所述数字信号经连接线传输至交叉复用模块，所述交叉复用模块对采集到的四路数字信号进行交叉信号处理，获得倒装后的数字信号；
所述倒装后的数字信号首末两端的轮廓仍能组成一个新的闪烁脉冲信号的形状；
S5：倒装后的数字信号经过减噪模块，去除噪声干扰，获得减噪后的数字信号；
S6：信号筛选模块对减噪后的信号进行筛选，剔除小脉冲干扰；
S7：经过上述步骤后，通过信号输出模块将倒装后的信号输出。
2.根据权利要求1所述的一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法，其特征在于：
S1中所述的PET探测器为位置敏感型闪烁探测器且四个探测器组成一个探测器组，在PET系统中所述探测器组的数量≤8，所述探测器的数量≤32。
3.根据权利要求1所述的一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法，其特征在于：
S1中所述的四路比较器同时接收PET探测的信号和电压阈值设定发送的阈值电压信号，其中发送到四路比较器的阈值电压信息都是不同的，且阈值电压信息与比较器接收到的闪烁脉冲模拟信号成正比关系。
4.根据权利要求1所述的一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法，其特征在于：
S2中所述的电压阈值设定模块输出的四路电压阈值中每一路又包含四个电压信息，并且所述四个电压信息成等差分布。
5.根据权利要求1所述的一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法，其特征在于：
S3中所述的闪烁脉冲模拟信号输入到所述四路比较器中，并与所述四路比较器中的参考电压进行比较，其中所述闪烁脉冲模拟信号中大于所述参考电压的部分转变为信号1，所述模拟信号中小于参考电压的部分转变为信号0。
6.根据权利要求1所述的一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法，其特征在于：
S4中所述的交叉信号处理的方法为循环交叉法。
7.根据权利要求1所述的一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法，其特征在于：
S4中所述的倒装后的数字信号仍由信号0和信号1组成。
8.根据权利要求1所述的一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法，其特征在于：
S5中所述的减噪模块中减除的噪声包括闪烁脉冲的加性噪声和乘性噪声。
9.根据权利要求1所述的一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法，其特征在于：
S6中所述的小脉冲为幅值大于一般噪声但是在信号获取中属于无效的脉冲事件。
10.根据权利要求1所述的一种位置敏感型闪烁探测器的倒装SQL方法，其特征在于：
S7中所述的信号输出的方式为并行输出。
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