CN112255662A - 基于智能时间采样的伽马相机及探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于智能时间采样的伽马相机及探测方法,包括数据探测器模块,数据采集模块,数据处理模块,显示模块;该成像的方法为:接收γ射线发出荧光,经光电转化为闪烁电脉冲;局域选择读出放大后的闪烁脉冲电信号,经阻抗电桥读出电路简化为四路信号输出;对上一步骤输出的信号进行智能采样,采集信号的位置信息及能量信息;对接收到的数据进行解析、存储、分析绘图,显示图像。本发明实现对信号的峰值幅度直接进行采样,实现数据快速获取,另外,减少了读出通道数目,显著提高成像探测器的定位精度及可用面积,同时也减小读出电路的复杂性及制作成本。
Description
技术领域
本发明涉及电子信息领域,特别是涉及一种基于智能时间采样的伽马相机及探测方法。
背景技术
伽马相机(Gamma Camera)是一种重要的核应用显影的诊断仪器,是现代核应用显示中最基本,也是最重要的摄像设备之一。伽马相机的基本原理是通过检测核素所释放的伽马射线的强弱来反映出物质的辐射强度,并且可以根据射线的强度来成像。
当前,核医学分子影像当务之急是需要先进的分子影像设备,特别是高分辨率小型模块化伽玛相机,其中需要模块化读出电子学及快速的信号处理系统。一方面,小单元的闪烁晶体阵列配以位置灵敏光电倍增管的探测器技术已从高能物理与核物理领域进入核医学影像领域,用以开发高分辨的小型伽玛相机。但是如何对位置读出电路进行优化设计与制作成为关键,从而达高分辨率伽玛相机的要求。常用的方法是阻抗电荷分配法,其前端读出电路结构简单、所需读出通道少 (仅四路)、后端的信号处理与采集较易;但不足之处是读出信号的信噪比不高,导致定位精度不高,越靠近探测器的边缘区域的畸变越大,使探测器可用面积大为减小。另一方法是多路单通道直接读出法,其定位精度较高于阻抗电荷分配法,能最大限度地克服边缘区域定位畸变;但是,其前端读出电路结构较复杂,所需读出通道多,且每路信号都需放大与成形,对后端的信号处理及数据获取系统的要求很高,且读出通道增多使成本大为提高。
另外,传统伽玛相机的数据采集,对输入信号进行峰值检测、保持,再通过 ADC进行采样,获得信号的幅度信息。这样的信号处理方式,对后续数据采集获取系统要求高、实施难,且信号处理较慢,不适应模块化伽玛相机的要求。
因此,鉴于上述存在的技术问题,有必要提出一种基于智能时间采样的伽马相机及探测方法。不同于传统伽玛相机的数据采集,直接对信号的峰值幅度进行采样,实现数据快速获取,另外,优化位置读出电路的设计,减少了读出通道数目,显著提高成像探测器的定位精度及可用面积,同时也减小读出电路的复杂性及制作成本。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种基于智能时间采样的伽马相机系统探测方法。
本发明的第二目的是提供一种基于智能时间采样的伽马相机系统。
为了实现上述的第一目的,本发明提供的一种基于智能时间采样的伽马相机系统探测方法,具体步骤包括:
步骤S1:接收γ射线发出荧光,经光电转化为闪烁电脉冲;
步骤S2:局域选择读出放大后的闪烁脉冲电信号,经阻抗电桥读出电路简化为四路信号输出;
步骤S3:对上一步骤输出的信号进行智能采样,采集信号的位置信息及能量信息;
步骤S4:对接收到的数据进行解析、存储、分析绘图,显示图像。
进一步的,在上述步骤S1中,闪烁晶体的类型为LSO晶体,和位置灵敏光电倍增管进行耦合;
进一步的,所述光电转换器件的类型为位置灵敏光电倍增管,通过光导和闪烁晶体进行连接,以减少荧光在运输过程之间的损失,且晶体、光导、PMT之间涂有光学硅脂,用来排除空气,防止系统的空间分辨力和检测灵敏度的下降;
进一步的,在所述步骤S2中,所述前置放大电路将位置灵敏光电倍增管输出的电荷转化为电压信号并放大到0.05-0.5V,降低高频噪声对信号的影响,提高信噪比;
进一步的,所述局域区选择电路的阈值根据X或Y方向各路通道中的求和信号的大小选取,仅当通道中的信号大于阈值时,通道中才有信号输出,实现局域通道读出,再经阻抗电桥读出电路简化成四路输出;
进一步的,在所述步骤S3中,所述伽马相机的前端位置读出信号是上升沿基本相同而幅度不同的脉冲。
进一步的,所述采集触发电路在信号峰值到达时刻产生触发脉冲,经脉冲调节电路调节该脉冲的脉宽和延时,形成最后的触发启动信号,其脉冲前沿启动后端的采集系统。
为了实现上述的第二目的,本发明提供的一种基于智能时间采样的伽马相机系统,由数据探测器模块,数据采集模块,数据处理模块,显示模块连接构成;
所述数据探测器模块与数据采集模块连接,用于探测γ射线,转化为脉冲信号,提取闪烁脉冲的能量和位置信息;
数据探测器模块包括准直器模块,闪烁晶体模块,光电倍增管模块,前端位置读出模块;
准直器模块隶属于数据探测器模块,对γ射线进行约束并在闪烁晶体上形成闪烁点;
闪烁晶体模块隶属于数据探测器模块,将γ射线进行能量沉积变为荧光;
光电倍增管模块隶属于数据探测器模块,将荧光转化为脉冲信号;
前端位置读出模块隶属于数据探测器模块,用于输出脉冲信号的能量和位置信息;
前端位置读出模块包括前端放大电路模块,局域区选择电路模块,阻抗电桥读出模块;
前端放大电路模块隶属于前端位置读出模块,用于放大脉冲信号,提高信噪比;
局域区选择电路模块隶属于前端位置读出模块,用于选择各路通道中信号大于选定阈值的通道输出,实现局域通道读出;
阻抗电桥读出模块隶属于前端位置读出模块,将各通道输出信号简化为四路输出;
所述数据采集模块与数据探测器模块、数据处理模块连接,用于采集脉冲信号的能量和位置信息,并将数据传输给上位机进行处理;
数据采集模块包括采集触发模块,后端采集模块,数据存储传输模块;
采集触发模块隶属于数据采集模块,产生触发启动信号,控制后端的采集系统;
后端采集模块隶属于数据采集模块,用于采集脉冲信号的能量和位置信息;
数据存储传输模块隶属于数据采集模块,用于储存脉冲信号的能量和位置信息,传输给上位机;
采集触发模块包括过零定时电路模块,脉冲调节电路模块;
过零定时电路模块隶属于采集触发模块,在信号峰值到达时刻产生触发脉冲,直接对峰值幅度进行采样;
脉冲调节电路模块隶属于采集触发模块,用于实现触发脉冲的脉宽和延时的调节;
所述数据处理模块与数据采集模块、显示模块连接,利用软件将所得到的信号进行处理;
所述显示模块与数据处理模块连接,将数据处理的结果以图像的形式显示出来。
相较于现有技术相比,本发明的有益效果在于:区别于传统伽玛相机的数据采集,直接对信号的峰值幅度进行采样,实现数据快速获取,另外,优化位置读出电路的设计,减少了读出通道数目,显著提高成像探测器的定位精度及可用面积,同时也减小读出电路的复杂性及制作成本。
附图说明
图1是本发明一种基于智能时间采样的伽马相机的系统框图;
图2是本发明一种基于智能时间采样的伽马相机系统探测方法的流程图;
图3是本发明一种基于智能时间采样的伽马相机系统的示意图;
图4是数字示波器下观测到的能量信号能谱图;
图中:1、针孔准直器;2、位置灵敏光电倍增管;3、闪烁晶体。
具体实施方式
以下结合具体实施例,对本发明做进一步说明。应理解,以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
请参阅图1-4
如图1所示,本发明提供的一种基于智能时间采样的伽马相机系统,具体包括:数据探测器模块100、数据采集模块200、数据处理模块300和显示模块400;其中:
所述数据探测器模块100包括准直器模块110、闪烁晶体模块120、光电倍增管模块130、前端位置读出模块140,将光信号转化为电脉冲实现辐射粒子的探测,提取闪烁脉冲的能量和位置信息。其中前端位置读出模块140包括前端放大电路模块141、局域区选择电路模块142、阻抗电桥读出模块143,主要用于提高信噪比,提取闪烁脉冲的能量和位置信息;
其中,所述准直器模块110采用厚针孔准直器进行成像,具有较大的厚度,有效保证能够在像屏获取足够的图像反差;
其中,所述闪烁晶体模块120采用LSO晶体,和位置灵敏光电倍增管进行耦合;
其中,所述光电倍增管模块130采用日本滨松公司生产的位置灵敏PMT (R8520-00-C12),为多阳极位置灵敏PMT,增益约为0.9×109,其单个有效探测面积为35mm×35mm,有效探测单元矩阵为10×10;
其中,所述前端位置读出模块140直接安装在位置灵敏光电倍增管的信号输出端;
其中,所述前端放大电路模块141采用一级放大方式,并在反馈电阻上并联了一个高通滤波电容,降低高频噪声对信号的影响,将位置灵敏光电倍增管输出的电荷转化为电压信号并放大到0.05-0.5V;
其中,所述局域区选择电路模块142基于X或者Y方向各通道信号之和,选取一定合适的比例设定阈值,对于经过通道中的信号,当大于阈值时,将其输出;
所述数据采集模块200包括采集触发模块210、后端采集模块220、数据存储传输模块230,主要用于采集脉冲信号的能量和位置信息,并将数据传输给上位机进行处理;其中,采集触发模块210包括过零定时电路模块211、脉冲调节电路模块212,用于对输入信号进行峰值检测,并产生一个准确峰值时刻的触发信号,控制系统对信号的峰值幅度进行直接采样,较快获取数据;
其中,所述采集触发模块210将输入信号进行基于全通滤波的过零成形,成形为有过零点的双极性信号,检测其过零点以确定信号峰值到达时刻;峰值到达前产生一个触发脉冲,由单稳态触发器调节该脉冲的脉宽和延时,形成最后的触发启动信号,启动后端采集系统。
其中,所述过零定时电路模块211通过一个参数可调的一阶全通滤波电路把单极性的输入信号变成一个有过零点的双极性信号;
其中,所述脉冲调节电路模块212由三个单稳态触发器组成。第一个单稳态电路控制过零甄别器输出的触发脉冲,第二个控制触发脉冲信号的脉宽调节,第三个控制触发脉冲信号的延迟时间调节,以满足后端采集系统的要求;
其中,所述后端采集模块220用于采集脉冲信号的能量和位置信息;
其中,所述数据存储传输模块230用于储存脉冲信号的能量和位置信息,传输给上位机;
所述数据处理模块300将所得到的信号进行处理;
所述显示模块400将数据处理的结果以图像的形式显示出来。
如图2所示,以上所述基于智能时间采样的伽马相机用于放射性物质定位的方法,包括以下步骤:
步骤S1:接收γ射线发出荧光,经光电转化为闪烁电脉冲;
步骤S2:局域选择读出放大后的闪烁脉冲电信号,经阻抗电桥读出电路简化为四路信号输出;
步骤S3:对上一步骤输出的信号进行智能采样,采集信号的位置信息及能量信息;
步骤S4:对接收到的数据进行解析、存储、分析绘图,显示图像。
在所述步骤S1中,在闪烁晶体和PMT之间加入光导,减少荧光在运输过程之间的损失,并且晶体、光导、PMT之间涂有光学硅脂,排除空气,防止系统的空间分辨力和检测灵敏度的下降;
在所述步骤S2中,由电荷重心法确定入射伽玛光子的位置;
在所述步骤S3中,把输入信号的峰位检测转化为精度高的过零定时测量,在信号峰值到达时刻产生触发脉冲,启动ADC实现峰值幅度的直接采样;
在所述步骤S4中,通过传输控制协议(transmission control protocol,TCP) 与上位机进行通信。
本发明提供的基于智能时间采样的伽马相机及探测方法,不同于传统伽玛相机的数据采集,直接对信号的峰值幅度进行采样,实现数据快速获取,另外,优化位置读出电路的设计,减少了读出通道数目,显著提高成像探测器的定位精度及可用面积,同时也减小读出电路的复杂性及制作成本。
以上所述的,仅为本发明的较佳实施例,并非用以限定本发明的范围,本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰,皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内。
Claims (10)
1.一种基于智能时间采样的伽马相机系统探测方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤S1:接收γ射线发出荧光,经光电转化为闪烁电脉冲;
步骤S2:局域选择读出放大后的闪烁脉冲电信号,经阻抗电桥读出电路简化为四路信号输出;
步骤S3:对上一步骤输出的信号进行智能采样,采集信号的位置信息及能量信息;
步骤S4:对接收到的数据进行解析、存储、分析绘图,显示图像。
2.根据权利要求1中所述的一种基于智能时间采样的伽马相机系统探测方法,其特征在于,在所述步骤S1中,闪烁晶体的类型为LSO晶体,和位置灵敏光电倍增管进行耦合。
3.根据权利要求1中所述的一种基于智能时间采样的伽马相机系统探测方法,其特征在于,在所述步骤S1中,光电转换器件的类型为位置灵敏光电倍增管,通过光导和闪烁晶体进行连接,且晶体、光导、PMT之间涂有光学硅脂。
4.根据权利要求1中所述的一种基于智能时间采样的伽马相机系统探测方法,其特征在于,在所述步骤S2中,所述前置放大电路将位置灵敏光电倍增管输出的电荷转化为电压信号并放大。
5.根据权利要求1中所述的一种基于智能时间采样的伽马相机系统探测方法,其特征在于,在所述步骤S2中,所述局域区选择电路的阈值根据X或Y方向各路通道中的求和信号的大小选取,仅当通道中的信号大于阈值时,通道中才有信号输出。
6.根据权利要求1中所述的一种基于智能时间采样的伽马相机系统探测方法,其特征在于,在所述步骤S3中,所述伽马相机的前端位置读出信号是上升沿基本相同而幅度不同的脉冲。
7.根据权利要求1中所述的一种基于智能时间采样的伽马相机系统探测方法,其特征在于,在所述步骤S3中,所述采集触发电路在信号峰值到达时刻产生触发脉冲,经脉冲调节电路调节该脉冲的脉宽和延时,形成最后的触发启动信号,其脉冲前沿启动后端的采集系统。
8.一种基于智能时间采样的伽马相机系统,其特征在于,包括以下模块:数据探测器模块,数据采集模块,数据处理模块,显示模块;
所述探测器模块与智能时间采样模块连接,包括准直器模块,闪烁晶体模块,光电倍增管模块,前端位置读出模块;
所述智能时间采样模块与探测器模块连接,包括采集触发模块,后端采集模块,数据存储传输模块。
9.根据权利要求8中所述的一种基于智能时间采样的伽马相机系统,其特征在于,所述前端位置读出模块包括前端放大电路模块,局域区选择电路模块,阻抗电桥读出模块。
10.根据权利要求8中所述的一种基于智能时间采样的伽马相机系统,其特征在于,所述采集触发模块包括过零定时电路模块,脉冲调节电路模块。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20210122 |