CN115113512B - 脉冲的采样方法、采样系统、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents
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- G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
- G04F10/00—Apparatus for measuring unknown time intervals by electric means
- G04F10/005—Time-to-digital converters [TDC]
Abstract
本申请公开一种脉冲的采样方法、采样系统、装置及计算机可读存储介质。所述采样方法包括：获取待处理波形，以及第一阈值电压；比较所述待处理波形与所述第一阈值电压，当所述待处理波形越过并高于所述第一阈值电压时，获取第二阈值电压，所述第二阈值电压大于所述第一阈值电压；比较所述待处理波形与所述第二阈值电压，确定所述待处理波形是否越过并高于所述第二阈值电压；若是，依次获取一个或以上第三阈值电压并基于所述第三阈值电压执行对所述待处理波形的时间采样。本申请可以有效减少采样占用的计算资源，且可提升采样点，并提升采样系统的性能。
Description
技术领域
本申请涉及光子探测领域，特别是涉及一种正电子发射断层成像设备的脉冲的采样方法、采样系统、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
正电子发射断层成像(PET)是一种高端核医学成像装备，广泛用于癌症诊疗、脑科学研究、心脏病学研究、重离子放疗监测等领域，其中大量使用伽马射线探测器作为系统前端。伽马射线探测器对伽马光子能量信息、时间信息、空间信息的分辨能力直接决定了系统的成像质量，而由于PET对时间性能的要求，目前得到应用的PET伽马射线探测器基本以闪烁晶体(典型的有LYSO、BGO、YSO等)+光电器件为基本结构。伽马射线首先与闪烁晶体相互作用将能量转换为可见光光子，可见光光子经过输运后射出闪烁晶体成为光电器件的入射光。光电器件将入射光转换为光电流，再经过后端的电子学和软件算法提取出射线的时间、能量、空间位置等信息。
近年来，随着数字信号处理技术和方法的发展，将闪烁脉冲直接数字化，利用软件算法替代传统模拟电路提取粒子能量沉积信息的方式极具发展潜力。多阈值电压采样(Multi-Voltage Threshold，以下简称MVT)方法是一种闪烁脉冲的数字化处理方法。
通过TDC(时间数字转换)技术获得输入波形越过设定阈值的时间信息，从而反演出波形信息。通常需要多个通道(如4通道)的阈值比较以及后续的时间测量，TDC通常利用FPGA内部的进位链来实现，需要消耗一定的FPGA内部的逻辑资源来实现。通常的，单个通道的波形对应4个通道的比较器(LVDSComparator)，需要消耗FPGA芯片8个输入管脚以及8个通道的TDC测量模块，而一个FPGA通常需要处理几十上百个通道的信号，例如，针对一个最常见的12*6的探测器阵列，总共有72路信号输入，则需要的输入管脚数量为576个，单个TDC模块逻辑资源消耗约2～3K。
一般的，单个FPGA芯片无法满足管脚或是逻辑资源的要求。一种解决方法是选用多个FPGA芯片例如2个FPGA芯片。但是双FPGA芯片的资源使用率达到80％以上。并且由于资源的限制，TDC模块的测量精度也收到了制约。另外过高的资源使用率，使得板卡发热量较大，工作温度过高，TDC测量精度收到影响，同时也加大了系统散热设计难度。而使用更多的FPGA芯片则增加了成本。
发明内容
本申请实施例所要解决的技术问题在于，如何降低脉冲时间采样过程中的资源消耗，提升采样性能。
为了解决上述问题，本申请公开一种脉冲的采样方法、采样系统、装置及计算机可读存储介质。所述采样方法包括获取待处理波形，以及第一阈值电压；比较所述待处理波形与所述第一阈值电压，当所述待处理波形越过并高于所述第一阈值电压时，获取第二阈值电压，所述第二阈值电压大于所述第一阈值电压；比较所述待处理波形与所述第二阈值电压，确定所述待处理波形是否越过并高于所述第二阈值电压；若是，依次获取一个或以上第三阈值电压并基于所述第三阈值电压执行对所述待处理波形的时间采样。
在一个可行的实现方式中，所述第二阈值电压超过第一阈值电压至少10mV。
在一个可行的实现方式中，所述依次获取一个或以上第三阈值电压并基于所述第三阈值电压执行对所述待处理波形的时间采样包括一个或以上采样轮次，每一个采样轮次包括：获取第三阈值电压；基于所述第三阈值电压对所述待处理波形执行时间采样，并确定是否成功；若是，执行下一采样轮次；若否，执行下一采样轮次；或者获取调整后的第三阈值电压，并基于所述调整后的第三阈值电压对所述待处理波形执行时间采样，直至所述时间采样成功。其中，基于所述一个或以上采样轮次的执行顺序，排序靠前的采样轮次中的第三阈值电压和/或调整后的第三阈值电压均大于排序靠后的采样轮次中的第三阈值电压和/或调整后的第三阈值电压。
在一个可行的实现方式中，所述基于所述第三阈值电压对所述待处理波形执行时间采样包括：比较所述待处理波形与所述第三阈值电压，确定所述待处理波形是否越过并低于所述第三阈值电压；若是，获取与所述第三阈值电压对应的第一状态变化信号，并对所述第一状态变化信号进行时间采样，获取第一电压-时间对；输出第一反馈，所述第一反馈指示所述时间采样成功；若否，输出第二反馈，所述第二反馈指示所述时间采样失败。
在一个可行的实现方式中，所述比较所述待处理波形与所述第一阈值电压还包括：确定所述待处理波形越过并高于所述第一阈值电压时，与所述第一阈值电压对应的第二状态变化信号；对所述第二状态变化信号进行时间采样，获取第二电压-时间对。
在一个可行的实现方式中，所述比较所述待处理波形与所述第二阈值电压还包括：确定所述待处理波形越过并高于所述第二阈值电压时，与所述第二阈电压对应的第三状态变化信号；对所述第三状态变化信号进行时间采样，获取第三电压-时间对。
在一个可行的实现方式中，所述采样方法进一步包括：若所述待处理波形未越过并高于所述第二阈值电压，终止后续操作；或者获取第四阈值电压，并重新比较所述待处理波形与所述第四阈值电压以确定所述待处理波形是否越过并高于所述第四阈值电压，其中，所述第四阈值电压小于所述第二阈值电压。
在一个可行的实现方式中，所述采样方法还包括：传输所述时间采样的采样结果。
本申请另一方面公开一种脉冲的采样系统。所述采样系统包括获取模块、第一比较模块、第二比较模块以及采样模块。所述获取模块用于获取待处理波形，以及第一阈值电压；所述第一比较模块用于比较所述待处理波形与所述第一阈值电压，当所述待处理波形越过并高于所述第一阈值电压时，获取第二阈值电压，所述第二阈值电压大于所述第一阈值电压；所述第二比较模块用于比较所述待处理波形与所述第二阈值电压，确定所述待处理波形是否越过并高于所述第二阈值电压；所述采样模块用于依次获取一个或以上第三阈值电压并基于所述第三阈值电压执行对所述待处理波形的时间采样。
本申请另一方面公开了一种脉冲的采样装置。所述采样装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的采样方法的步骤。
本申请另一方面公开了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的采样方法的步骤。
本申请所披露的脉冲的采样方法、采样系统、装置及计算机可读存储介质，可以通过阈值电压的动态切换，有效减少采样占用的计算资源，且可提升采样点，并提升采样系统的性能。
附图说明
本申请将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
图1是根据本申请的一些实施例所示的脉冲采样的示例性流程图；
图2是根据本申请的一些实施例所示的待处理波形的时间采样的示例性流程图；
图3是根据本申请的一些实施例所示的状态变化信号的时间采样的示例性流程图；
图4是根据本申请的一些实施例所示的阈值电压与待处理波形的示例性关系示意图；
图5是根据本申请的一些实施例所示的状态变化信号的示例性示意图；
图6是根据本申请的一些实施例所示的阈值电压、待处理波形以及状态变化信号的示例性关系示意图；
图7是根据本申请的一些实施例所示的用于脉冲采样的数据处理系统的示例性模块图；以及
图8是根据本申请的一些实施例所示的脉冲采样系统的数据处理系统的示例性功能框图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中的元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”或“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
以下参考附图对本申请的一些优选实施例进行说明。应当注意的是，以下描述是为了说明的目的，并不旨在限制本申请的保护范围。
图1是根据本申请一些实施例所示的脉冲采样的示例性流程图。在一些实施例中，流程10可以由数据处理系统70执行。例如，流程10可以以程序或指令的形式存储在存储装置(如数据处理系统70的自带存储单元或外接存储设备)中，所述程序或指令在被执行时，可以实现流程10。如图1所示，流程10可以包括以下操作。
步骤11，获取待处理波形，以及第一阈值电压。该步骤可以由第一获取模块71执行。
在一些实施例中，所述待处理波形可以包括有效的闪烁脉冲，还可以包括噪音信号。有效的闪烁脉冲可以是由PET的光探测器(例如，SiPM，硅光电倍增管)所输出的波形。噪音信号可以包括光探测器误触发，或电路中的产生的热噪声。第一获取模块71可以通过与这些设备进行通信，以获取所述待处理波形。
可以知道的是，阈值电压可用于确定PET的光探测器接收到光粒子的到达时间。通过设置多个阈值电压并通过与闪烁脉冲进行比较，并对比较的输出结果进行时间采样，可以获取闪烁脉冲越过多个阈值电压的时间点。这些时间点可以用于后续处理(例如，图像重建)过程中的波形恢复。这样可以恢复波形的面积，进而得到波形能量值。而闪烁脉冲有一个特点，即脉冲的上升时间非常短，通常只有几个纳秒(ns)，而下降时间则较为漫长，通常超过10纳秒。因此，用于确定闪烁脉冲开始上升的时间点的阈值电压则较为关键。在本申请中，该阈值电压可以是所述第一阈值电压。在一些实施例中，所述第一阈值电压的大小可以是1-10mV。例如，所述第一阈值电压可以是4mV、5mV、6mV等。在一些实施例中，所述第一阈值电压可以由数据处理系统70的阈值电压调整模块(图7中未示出)设置，并传输至第一获取模块71。
步骤12，比较所述待处理波形与所述第一阈值电压，当所述待处理波形越过并高于所述第一阈值电压时，获取第二阈值电压。该步骤可以由第一比较模块72执行。
在一些实施例中，第一比较模块72可以由包括低压差分信号(Low-VoltageDifferential Signaling，LVDS)比较器的电路实现。作为示例，由光探测器产生的脉冲波形可以输入到LVDS管脚p端(也可以被称为正端)，所述第一阈值电压可以输入到LVDS管脚n端(也可以被称为负端)，从而完成脉冲波形与阈值电压的比较。
当所述待处理波形越过并高于所述第一阈值电压时，可以认为所述待处理波形处于上升阶段。而由于所述第一阈值电压的值较低，不止是有效的闪烁脉冲的波形，一些噪音信号的波形也可能会越过并高于所述第一阈值电压。参考图4，图4是根据本申请一些实施例所示的阈值电压与待处理波形的示例性关系示意图。如图4所示，所述待处理波形可以包括有效的闪烁脉冲41和噪音信号42。闪烁脉冲41和噪音信号42都越过并高于第一阈值电压43-1。对于后续的处理步骤而言，闪烁脉冲41越过并高于所述第一阈值电压43-1属于有效触发，噪音信号42越过并高于所述第一阈值电压43-1属于无效触发。需要将此种情况排除。本申请披露的方法，可以通过获取第二阈值电压以进行进一步的判定确定是否属于有效触发。
在一些实施例中，所述第二阈值电压可以大于所述第一阈值电压。在一些实施例中，所述第二阈值电压可以远大于所述第一阈值电压。以所述第一阈值电压的电压值为基准，所述第二阈值电压与所述第一阈值电压之间的差值可以不小于10mV。例如，所述第一阈值电压可以是5mV，所述第二阈值电压可以是105mV。在一些实施例中，所述第二阈值电压同样可以由所述阈值电压调整模块设置。例如，所述阈值电压调整模块可以接收第一比较模块72关于所述待处理波形是否越过并高于所述第一阈值电压的判定。当该判定显示所述待处理波形越过并高于所述第一阈值电压，可以将所述第二阈值电压传输至第一比较模块72。
继续参考图4，如果所述待处理波形为有效的闪烁脉冲例如闪烁脉冲41，则该有效的闪烁脉冲的上升阶段将超过所述第二阈值电压例如第二阈值电压43-2。而噪音例如噪音信号42的上升阶段将不会超过所述第二阈值例如第二阈值电压43-2。
步骤13，比较所述待处理波形与所述第二阈值电压，确定所述待处理波形是否越过并高于所述第二阈值电压。该步骤可以由第二比较模块73执行。
在一些实施例中，第二比较模块73可以是与第一比较模块72相同或类似，由包括LVDS比较器的电路实现。第二比较模块73与第一比较模块72可以为数据处理系统70的同一模块。第二比较模块73可以基于相同或相似的原理比较所述待处理波形与所述第二阈值电压。当所述待处理波形越过并高于所述第二阈值电压时，流程10可以行进至步骤14。否则，所述待处理波形可以被判定为噪音，无需对其进行采样。流程10可以结束。
步骤14，依次获取一个或以上第三阈值电压并基于所述第三阈值电压执行对所述待处理波形的时间采样。该步骤可以由采样模块74执行。
在一些实施例中，当确定所述待处理波形是有效的后，数据处理系统70可以对所述待处理波形进行处理，例如，阈值-波形比较以及时间采样。采样模块74可以依次将所述一个或以上第三阈值电压与所述待处理波形进行比较以获取对应的输出信号，并对该输出信号进行时间采样。
在一些实施例中，采样模块74可以具有与第一比较模块72和/或第二比较模块73相同或相似的电路组成，例如，包括LVDS比较器的电路。采样模块74还可以由包括时间数字转换器(Time-to-Digital Converter，TDC)的电路实现。在一些实施例中，采样模块74可以利用LVDS比较器实现所述待处理波形与所述第三阈值之间的比较并获取输出信号，再利用TDC实现对该输出信号的时间采样。
在一些实施例中，采样模块74可以依据一定的获取顺序获取所述第三阈值电压，并执行比较操作以及时间采样。例如，采样模块74可以按照从大到小或从小到大的顺序获取所述第三阈值电压，并完成第三阈值电压与待处理波形的比较以及对比较结果的时间采样。返回参考图4，采样模块74可以按照从大到小的顺序，首先获取第一个第三阈值电压43-n。在完成与第三阈值电压43-n相关的比较操作以及时间采样操作后，采样模块74可以获取第二个第三阈值电压43-(n-1)。随后是第三个第三阈值电压，直至最后一个第三阈值电压43-3。
在一些实施例中，所述一个或以上第三阈值电压可以是预先设定的。作为示例，所述阈值电压调整模块可以预先设置好一个或以上第三阈值电压。当步骤14被执行时，所述阈值电压调整模块可以首先将第一个第三阈值电压发送至采样模块74。待采样模块74完成第一次时间采样后再发送第二个第三阈值电压。直至所有的第三阈值电压发送完毕。
关于步骤14的其余描述可以参考本申请其他部分，例如，图2-图6。在此不再赘述。
在一些实施例中，所述时间采样的采样结果可以被传输至其他部件进行进一步的处理。例如，数据处理系统的传输模块(图7中未示出)可以通过有线或无线的通信方式，将所述采样结果传输至PET设备相关的图像处理部件，用于后续的PET图像重建。
应当注意的是，上述有关图1中的各个步骤的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本申请的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本申请的指导下可以对图1中的各个步骤进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本申请的范围之内。
本申请所披露的脉冲的采样方法，可以由单FPGA芯片实现。采用阈值切换的方法可以减少FPGA芯片的输入管脚数量以及TDC模块的数量。同时阈值切换的方式可以增加采样点，而不受管脚数量限制，从而提升后续图像重建的精度。
图2是根据本申请的一些实施例所示的一个采样轮次的示例性流程图。在一些实施例中，流程20可以由数据处理系统70执行。例如，流程20可以以程序或指令的形式存储在存储装置(如数据处理系统70的自带存储单元或外接存储设备)中，所述程序或指令在被执行时，可以实现流程20。在一些实施例中，流程20可以由采样模块74执行。如图2所示，流程20可以包括以下操作。
步骤21，获取第三阈值电压。
在一些实施例中，所述第三阈值电压可以大于所述第二阈值电压。所述阈值电压调整模块可以调整输出的阈值电压的大小，将其从第二阈值电压调整为较高的第三阈值电压，并传输至采样模块74。
步骤22，基于所述第三阈值电压对所述待处理波形执行时间采样，并确定是否成功。
在一些实施例中，采样模块74可以基于LVDS比较器对所述第三阈值电压与所述待处理波形进行比较，并获取比较结果。对于某一阈值电压，闪烁脉冲会两次越过该阈值电压。第一次为待处理波形在上升阶段中从小到大越过并高于该阈值电压，第二次为待处理波形在下降阶段从大到小越过该阈值电压。在本申请中，可以将这种情况称为状态变化。LVDS比较器可以针对该状态变化输出一比较结果。TDC则可以对该比较结果进行时间测量。
在一些实施例中，采样模块74包含的LVDS比较器在确定发生上述状态变化时，还将输出一标识。该标识可以用于指示是发生了何种状态变化。例如，该标识可以是1或者0。1表示所述待处理波形越过并高于所述第三阈值电压，0表示所述待处理波形越过并低于所述第三阈值电压。该标识也可以用以确定所述时间采样是否成功。对于第三阈值电压而言，0表示时间采样成功。当时间采样成功时，流程20可以行进至步骤23。否则，流程20行进至步骤24，或者，同样行进至步骤23。
步骤23，执行下一采样轮次。
在一些实施例中，当当前采样轮次的时间采样成功时，可以说明所述待处理波形针对所述第三阈值电压的状态变化的捕捉以及相应的时间测量成功。采样模块74可以获取下一采样轮次所需的第三阈值电压。
步骤24，获取调整后的第三阈值电压，并基于所述调整后的第三阈值电压对所述待处理波形执行时间采样，直至所述时间采样成功。
在一些实施例中，当当前采样轮次的时间采样失败时，可以说明所述待处理波形针对所述第三阈值电压并未发生状态变化。例如，第三阈值电压超过了所述待处理波形的幅值。因此，采样模块74可以获取调整后的第三阈值电压。例如，阈值电压调整模块可以将所述第三阈值电压的减小，以使调整后的第三阈值电压处于所述待处理波形的幅值之内后，将其传输至采样模块74。随后，采样模块74可以基于所述调整后的第三阈值电压对所述待处理波形执行时间采样。该时间采样的过程可以如步骤22所述。当采样成功时，下一采样轮次可以被执行。当采样失败后，所述调整后的第三阈值电压可以将继续调整，再重复上述操作，直至时间采样成功。
在一些实施例中，采样模块84还可以直接舍弃该第三阈值电压，不做调整，直接进行下一采样轮次。
在一些实施例中，每一个采样轮次可以是对应一个第三阈值电压。根据一个或以上采样轮次的执行顺序，排序靠前的采样轮次中的第三阈值电压和/或调整后的第三阈值电压均大于排序靠后的采样轮次中的第三阈值电压和/或调整后的第三阈值电压。例如，第二个采样轮次中对应的第三阈值电压和/或调整后的第三阈值电压，要大于第三个采样轮次中对应的第三阈值电压和/或调整后的第三阈值电压。同时要小于第一个采样轮次中对应的第三阈值电压和/或调整后的第三阈值电压。
返回参考图4，流程30所涉及的时间采样可以是针对闪烁脉冲41的下降阶段来进行的。因此，在第一个采样轮次中，采样模块74可以首先获取到第三阈值电压43-n。第三阈值电压43-n要大于其余的第三阈值电压，例如，43-n-1、…、43-3。当基于第三阈值电压43-n的时间采样成功后，采样模块74可以获取第二个采样轮次所需的第三阈值电压43-n-1。当基于第三阈值电压43-n的时间采样失败时，采样模块74可以获取调整后的第三阈值电压，此第三阈值电压同样要大于第三阈值电压43-n-1。采样模块74也可以获取下一第三阈值电压43-n-1，直接基于更小的一第三阈值电压进行采样。
在一些实施例中，数据处理系统70在完成对待处理波形的下降沿的时间采样的同时，还可以实现对待处理波形的上升沿的时间采样。如前所述，有效的闪烁脉冲的上升沿的开始的时刻确定是非常关键的。在本申请所描述的方法中，数据处理系统70还可以确定所述待处理波形越过并高于所述第一阈值电压时，与所述第一阈值电压对应的第二状态变化信号。所述第二状态变化信号可以类似于如图5所示的状态变化信号51。该第二状态变化信号可以由第一比较模块72生成。例如，由第一比较模块72的LVDS比较器生成。随后，采样模块74的TDC可以对所述第二状态信号进行时间采样，获取第二电压-时间对。所述第二电压-时间对可以包括第一阈值电压以及所述待处理波形越过并高于所述第一阈值电压的时刻。同样的，数据处理系统70还可以确定所述待处理波形越过并高于所述第二阈值电压时，与所述第二阈电压对应的第三状态变化信号。所述第三状态变化信号也可以类似与如图5所示的状态变化信号51。该第三状态信号可以由第二比较模块73生成。例如，由第三比较模块73的LVDS比较器生成。随后，采样模块74的TDC可以对所述第三状态信号进行时间采样，获取第三电压-时间对。所述第三电压-时间对可以包括第二阈值电压以及所述待处理波形越过并高于所述第二阈值电压的时刻。
在一些实施例中，当数据处理系统70确定所述待处理波形未越过并高于所述第二阈值电压时，数据处理系统70可以确定所述待处理波形为噪音。此时，数据处理系统70可以终止流程10。数据处理系统70也可以获取第四阈值电压，并重新比较所述待处理波形与所述第四阈值电压以确定所述待处理波形是否越过并高于所述第四阈值电压。获取第四阈值电压可以重新设立一个确定待处理波形是否上升的起始电压。
应当注意的是，上述有关图3中的各个步骤的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本申请的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本申请的指导下可以对图1中的各个步骤进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本申请的范围之内。
图3是根据本申请的一些实施例所示的时间采样的示例性流程图。在一些实施例中，流程30可以由数据处理系统70执行。例如，流程30可以以程序或指令的形式存储在存储装置(如数据处理系统70的自带存储单元或外接存储设备)中，所述程序或指令在被执行时，可以实现流程30。在一些实施例中，流程30可以由采样模块74执行。如图3所示，流程30可以包括以下操作。
步骤31，比较所述待处理波形与所述第三阈值电压，确定所述待处理波形是否越过并低于所述第三阈值电压。
关于所述待处理波形与所述第三阈值电压的比较，可以参考本申请关于所述待处理波形与所述第一阈值电压或第二阈值电压的比较的描述。也可以参考流程20中的步骤22，在此不再赘述。
当所述待处理波形越过并低于所述第三阈值电压，流程30将行进至步骤32。否则，流程30将行进至步骤34。
步骤32，获取与所述第三阈值电压对应的第一状态变化信号，并对所述第一状态变化信号进行时间采样，获取第一电压-时间对。
在一些实施例中，所述第一状态变化信号可以用于指示所述待处理波形对于第三阈值电压的状态变化。例如，所述待处理波形从下往上或从上往下越过所述第三阈值电压。参考图5，图5是根据本申请一些实施例所示的状态变化信号的示例性示意图。状态变化信号51可以是闪烁脉冲从下往上越过阈值电压时，LVDS比较器的输出信号。状态变化信号52可以是闪烁脉冲从上往下越过阈值电压时，LVDS比较器的输出信号。上升沿512对应的时刻可以是闪烁脉冲从下往上越过阈值电压的时刻，下降沿522对应的时刻可以是闪烁脉冲从上往下越过阈值电压的时刻。基于此，所述第一状态变化信号可以是与状态变化信号52相同或类似。TDC可以对所述第一状态变化信号的上升沿或者下降沿对应的时刻进行时间测量，获取所述待处理波形越过并低于所述第三阈值电压的时间。该时间与所述第三阈值电压组合，以构成所述第一电压-时间对。
步骤33，输出第一反馈。
在一些实施例中，所述第一反馈可以用于指示所述时间采样成功。所述第一反馈可以包括数字、字母、符号等中的一个或以上组合。例如，所述第一反馈可以是0，用以表示所述待处理波形从上往下越过所述第三阈值电压。在一些实施例中，所述第一反馈可以由采样模块74的LVDS比较器生成或TDC生成。例如，LVDS比较器可以在确定所述待处理波形越过并低于所述第三阈值电压后，直接输出所述第一反馈。又例如，TDC在进行时间测量得到测量结果后，可以输出所述第一反馈。
步骤34，输出第二反馈。
在一些实施例中，所述第二反馈可以用于指示所述时间采样失败。相同地或类似的，所述第二反馈也可以包括数字、字母、符号等中的一个或以上组合。例如，第二反馈可以是1，用以表示所述待处理波形从下往上越过所述第三阈值电压。而所述待处理波形并未发生上述状态变化，则1可以表示时间采样失败。又例如，所述第二反馈是其他数字或字符，用以表示时间采样失败。在一些实施例中，所述第二反馈也可以由采样模块74的LVDS比较器生成或TDC生成。当所述待处理波形并未越过所述第三阈值电压，LVDS比较器可以不输出状态变化信号，或者输出一个没有上升沿或下降沿的信号，是一条直线。同时LVDS比较器可以输出所述第二反馈。另外，LVDS比较器也可以不输出所述第二反馈，当TDC对该信号进行时间测量是得不到任何结果后，可以输出所述第二反馈，用以指示所述时间采样失败。
应当注意的是，上述有关图3中的各个步骤的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本申请的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本申请的指导下可以对图1中的各个步骤进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本申请的范围之内。
图6是根据本申请的一些实施例所示的阈值电压、待处理波形以及状态变化信号的示例性关系示意图。如图6所示，待处理波形61可以首先进行上升沿的采样，也就是说，待处理波形61可以先与阈值电压V1进行比较。当判定待处理波形61越过并高于阈值电压V1时，可以再与阈值电压V2进行比较，用于确定待处理波形61是否为有效的闪烁脉冲还是噪音。这可以用于剔除误触发信号，获取有效的上升沿起点。当确定待处理波形61为有效的闪烁脉冲后，可以将待处理波形61与阈值电压V8比较。时间采样成功后可以继续与阈值电压V7比较。依次类推，直至最后的阈值电压V1的比较和时间采样完成。LVDS比较器可以输出待处理波形61与阈值电压之间的比较结果，如图6中所示的状态变化信号62。状态变化信号62具有多个上升沿和下降沿。上升沿①可以指示待处理波形61越过并高于阈值电压V1。下降沿②可以指示待处理波形61越过并低于阈值电压V8。下降沿③可以指示待处理波形61越过并低于阈值电压V7。下降沿④可以指示待处理波形61越过并低于阈值电压V6。下降沿⑤可以指示待处理波形61越过并低于阈值电压V5。下降沿⑥可以指示待处理波形61越过并低于阈值电压V4。下降沿⑦可以指示待处理波形61越过并低于阈值电压V3。下降沿⑧可以指示待处理波形61越过并低于阈值电压V2。下降沿⑨可以指示待处理波形61越过并低于阈值电压V1。每一个上升沿或下降沿对应的时刻为待处理波形61发生状态变化(例如，从上往下或从下往上越过阈值电压)的时刻。TDC可以对该状态变化信号进行时间测量，获得各时刻的时间采样。
图7是根据本申请一些实施例所示的数据处理系统的示例性模块图。该数据处理系统可以实现高性能的PET波形采样。如图7所示，数据处理系统70可以包括获取模块71、第一比较模块72、第二比较模块73以及采样模块74。
获取模块71可以获取待处理波形以及第一阈值电压。所述待处理波形可以是由PET的光探测器(例如，SiPM，硅光电倍增管)所输出的波形。所述第一阈值电压可以是用于确定所述待处理波形开始上升的时间点的阈值电压。在一些实施例中，所述第一阈值电压可以由数据处理系统70的阈值电压调整模块设置，并传输至第一获取模块71以便其获取。
第一比较模块72可以比较所述待处理波形与所述第一阈值电压，当所述待处理波形越过并高于所述第一阈值电压时，获取第二阈值电压。第一比较模块72可以由包括低压差分信号(Low-Voltage Differential Signaling，LVDS)比较器的电路实现。所述待处理波形可以输入到LVDS管脚p端，所述第一阈值电压可以输入到LVDS管脚n端，从而完成脉冲波形与阈值电压的比较。所述第二阈值电压可以大于所述第一阈值电压。在一些实施例中，所述第二阈值电压同样可以由数据处理系统70的阈值电压调整模块设置。当接收到所述待处理波形越过并高于所述第一阈值电压的判定时，阈值电压调整模块可以将所述第二阈值电压传输至第一比较模块72。
第二比较模块73可以比较所述待处理波形与所述第二阈值电压，确定所述待处理波形是否越过并高于所述第二阈值电压。第二比较模块73可以是与第一比较模块72相同或类似，由包括LVDS比较器的电路实现。第二比较模块73可以与第一比较模块72为数据处理系统70的同一模块。第二比较模块73可以基于相同或相似的原理比较所述待处理波形与所述第二阈值电压。
采样模块74可以依次获取一个或以上第三阈值电压并基于所述第三阈值电压执行对所述待处理波形的时间采样。采样模块74可以依次将所述一个或以上第三阈值电压与所述待处理波形进行比较以获取对应的输出信号，并对该输出信号进行时间采样。在一些实施例中，采样模块74可以具有与第一比较模块72和/或第二比较模块73相同或相似的电路组成，例如，包括LVDS比较器的电路。采样模块74还可以由包括时间数字转换器(Time-to-Digital Converter，TDC)的电路实现。在一些实施例中，采样模块74可以利用LVDS比较器实现所述待处理波形与所述第三阈值之间的比较并获取输出信号，再利用TDC实现对该输出信号的时间采样。
在一些实施例中，采样模块74可以依据一定的获取顺序获取所述第三阈值电压，并执行比较操作以及时间采样。对于每一个第三阈值电压，都有一个对应的采样轮次以进行时间采样。对于一个采样轮次，采样模块74可以在获取第三阈值电压后，基于所述第三阈值电压对所述待处理波形执行时间采样，并确定是否成功。若成功，采样模块74可以执行下一采样轮次，否则，采样模块74可以获取调整后的第三阈值电压，并基于所述调整后的第三阈值电压对所述待处理波形执行时间采样，直至所述时间采样成功。
在一些实施例中，对于每一次时间采样，采样模块74可以比较所述待处理波形与所述第三阈值电压，确定所述待处理波形是否越过并低于所述第三阈值电压。当所述待处理波形越过并低于所述第三阈值电压，采样模块74获取与所述第三阈值电压对应的第一状态变化信号，并对所述第一状态变化信号进行时间采样，获取第一电压-时间对，并输出第一反馈。所述第一反馈可以用于指示所述时间采样成功。若所述待处理波形并未越过所述第三阈值电压，采样模块74可以输出第二反馈。所述第二反馈可以用于指示所述时间采样失败。
在一些实施例中，第一比较模块72还可以确定所述待处理波形越过并高于所述第一阈值电压时，与所述第一阈值电压对应的第二状态变化信号。采样模块74可以对所述第二状态信号进行时间采样，获取第二电压-时间对。
在一些实施例中，第二比较模块73还可以确定所述待处理波形越过并高于所述第二阈值电压时，与所述第二阈电压对应的第三状态变化信号。采样模块74可以对所述第三状态信号进行时间采样，获取第三电压-时间对。
在一些实施例中，数据处理系统70还可以包括传输模块。所述传输模块可以通过有线或无线的通信方式，将所述采样结果传输至PET设备相关的图像处理部件，用于后续的PET图像重建。
关于上述模块的其他描述，可以参考本申请其他部分，例如，图1-图6。
应当理解，图7所示的系统及其模块可以利用各种方式来实现。例如，在一些实施例中，系统及其模块可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。其中，硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分则可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域技术人员可以理解上述的方法和系统可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本申请的系统及其模块不仅可以有诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用例如由各种类型的处理器所执行的软件实现，还可以由上述硬件电路和软件的结合(例如，固件)来实现。
需要注意的是，以上对于模块的描述，仅为描述方便，并不能把本申请限制在所举实施例范围之内。可以理解，对于本领域的技术人员来说，在了解该系统的原理后，可能在不背离这一原理的情况下，对各个模块进行任意组合，或者构成子系统与其他模块连接。例如，第一比较模块72和第二比较模块73可以是同一个比较模块。又例如，采样模块74包括第一比较模块72和/或第二比较模块73。还例如，各个模块可以共用一个存储模块，各个模块也可以分别具有各自的存储模块。诸如此类的变形，均在本申请的保护范围之内。
图8是根据本申请一些实施例所示的数据处理系统的示例性功能框图。该数据处理系统可以基于现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)芯片实现。如图8所示，Sp可以是输入的待处理波形，TV可以是阈值电压调整模块，用以输出不同的阈值电压。C可以是LVDS比较器，用以实现阈值电压与待处理波形的比较。在本申请中，第一比较模块72和第二比较模块73可以由C实现。C可以输出一比较结果以及一反馈输出。该比较结果可以是状态变化信号，该反馈输出可以是指示待处理波形从上往下越过阈值电压或从下往上越过阈值电压。例如，1表示待处理波形从上往下越过阈值电压，0则反之。该比较结果可以输入至TDC(时间数字转换器)进行时间测量。在本申请中，采样模块74的部分可以由TDC实现。C也可以实现采样模块74的一部分。该反馈输出可以被输入至TCM(阈值电压控制模块)实现阈值电压的调节控制。例如，TDC针对待处理波形从上往下越过阈值电压的时刻进行时间测量，该反馈输出为1，则TCM可以控制TV传输另一阈值电压至C，进行下一次的待处理波形与新的阈值电压之间的比较。在本申请中，阈值电压调整模块可以由TCM和TV实现。DCM为数据传输模块。当TDC完成时间测量后可将测量结果传输至DCM。DCM可以将测量结果传输至后续处理部件中进行图像重建。
文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本申请中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
此外，本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。
计算机存储介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等，或合适的组合形式。计算机存储介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机存储介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、RF、或类似介质，或任何上述介质的组合。
本申请各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、Visual Basic、Fortran 203、Perl、COBOL 202、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。
此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考。与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请所述内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。
最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不仅限于本申请明确介绍和描述的实施例。
Claims (16)
1.一种脉冲的采样方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待处理波形，以及第一阈值电压；
比较所述待处理波形与所述第一阈值电压，当所述待处理波形越过并高于所述第一阈值电压时，获取第二阈值电压，所述第二阈值电压大于所述第一阈值电压；
比较所述待处理波形与所述第二阈值电压，确定所述待处理波形是否越过并高于所述第二阈值电压；
若是，依次获取一个或以上第三阈值电压并基于所述第三阈值电压执行对所述待处理波形的时间采样；
传输所述时间采样的采样结果。
2.根据权利要求1所述的采样方法，其特征在于，所述第二阈值电压超过第一阈值电压至少10mV。
3.根据权利要求1所述的采样方法，其特征在于，所述依次获取一个或以上第三阈值电压并基于所述第三阈值电压执行对所述待处理波形的时间采样包括一个或以上采样轮次，每一个采样轮次包括：
获取第三阈值电压；
基于所述第三阈值电压对所述待处理波形执行时间采样，并确定是否成功；
若是，执行下一采样轮次；
若否，获取调整后的第三阈值电压，并基于所述调整后的第三阈值电压对所述待处理波形执行时间采样，直至所述时间采样成功；
其中，基于所述一个或以上采样轮次的执行顺序，排序靠前的采样轮次中的第三阈值电压和/或调整后的第三阈值电压均大于排序靠后的采样轮次中的第三阈值电压和/或调整后的第三阈值电压。
4.根据权利要求3所述的采样方法，其特征在于，所述基于所述第三阈值电压对所述待处理波形执行时间采样，包括：
比较所述待处理波形与所述第三阈值电压，确定所述待处理波形是否越过并低于所述第三阈值电压；
若是，
获取与所述第三阈值电压对应的第一状态变化信号，并对所述第一状态变化信号进行时间采样，获取第一电压-时间对；
输出第一反馈，所述第一反馈指示所述时间采样成功；
若否，
输出第二反馈，所述第二反馈指示所述时间采样失败。
5.根据权利要求1所述的采样方法，其特征在于，所述比较所述待处理波形与所述第一阈值电压，还包括：
确定所述待处理波形越过并高于所述第一阈值电压时，与所述第一阈值电压对应的第二状态变化信号；
对所述第二状态变化信号进行时间采样，获取第二电压-时间对。
6.根据权利要求1所述的采样方法，其特征在于，所述比较所述待处理波形与所述第二阈值电压，还包括：
确定所述待处理波形越过并高于所述第二阈值电压时，与所述第二阈值电压对应的第三状态变化信号；
对所述第三状态变化信号进行时间采样，获取第三电压-时间对。
7.根据权利要求1所述的采样方法，其特征在于，所述采样方法还包括：
若所述待处理波形未越过并高于所述第二阈值电压，
终止后续操作；或者
获取第四阈值电压，并重新比较所述待处理波形与所述第四阈值电压以确定所述待处理波形是否越过并高于所述第四阈值电压，其中，所述第四阈值电压小于所述第二阈值电压。
8.一种脉冲的采样系统，其特征在于，所述采样系统包括获取模块、第一比较模块、第二比较模块、采样模块以及传输模块；
所述获取模块，用于获取待处理波形，以及第一阈值电压；
所述第一比较模块，用于比较所述待处理波形与所述第一阈值电压，当所述待处理波形越过并高于所述第一阈值电压时，获取第二阈值电压，所述第二阈值电压大于所述第一阈值电压；
所述第二比较模块，用于比较所述待处理波形与所述第二阈值电压，确定所述待处理波形是否越过并高于所述第二阈值电压；
所述采样模块，用于依次获取一个或以上第三阈值电压并基于所述第三阈值电压执行对所述待处理波形的时间采样；
所述传输模块，用于传输所述时间采样的采样结果。
9.根据权利要求8所述的采样系统，其特征在于，所述第二阈值电压超过第一阈值电压至少10mV。
10.根据权利要求8所述的采样系统，其特征在于，所述采样模块执行一个或以上采样轮次以实现所述依次获取一个或以上第三阈值电压并基于所述第三阈值电压执行对所述待处理波形的时间采样，为实现一个采样轮次，所述采样模块用于：
基于所述第三阈值电压对所述待处理波形执行时间采样，并确定是否成功；
若是，执行下一采样轮次；
若否，获取调整后的第三阈值电压，并基于所述调整后的第三阈值电压对所述待处理波形执行时间采样，直至所述时间采样成功；
其中，基于所述一个或以上采样轮次的执行顺序，排序靠前的采样轮次中的第三阈值电压和/或调整后的第三阈值电压均大于排序靠后的采样轮次中的第三阈值电压和/或调整后的第三阈值电压。
11.根据权利要求10所述的采样系统，其特征在于，为基于所述第三阈值电压对所述待处理波形执行时间采样，所述采样模块用于：
比较所述待处理波形与所述第三阈值电压，确定所述待处理波形是否越过并低于所述第三阈值电压；
若是，
获取与所述第三阈值电压对应的第一状态变化信号，并对所述第一状态变化信号进行时间采样，获取第一电压-时间对；
输出第一反馈，所述第一反馈指示所述时间采样成功；
若否，
输出第二反馈，所述第二反馈指示所述时间采样失败。
12.根据权利要求8所述的采样系统，其特征在于，所述第一比较模块还用于：
确定所述待处理波形越过并高于所述第一阈值电压时，与所述第一阈值电压对应的第二状态变化信号；
对所述第二状态变化信号进行时间采样，获取第二电压-时间对。
13.根据权利要求8所述的采样系统，其特征在于，所述第二比较模块还用于：
确定所述待处理波形越过并高于所述第二阈值电压时，与所述第二阈电压对应的第三状态变化信号；
对所述第三状态变化信号进行时间采样，获取第三电压-时间对。
14.根据权利要求8所述的采样系统，其特征在于，所述第一比较模块还用于：
若所述待处理波形未越过并高于所述第二阈值电压，
终止后续操作；或者
获取第四阈值电压，并重新比较所述待处理波形与所述第四阈值电压以确定所述待处理波形是否越过并高于所述第四阈值电压，其中，所述第四阈值电压小于所述第二阈值电压。
15.一种脉冲的采样装置，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的采样方法的步骤。
16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述的采样方法的步骤。
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