TW201344231A - 輻射偵測信號處理方法與系統 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種輻射偵測號處理方法及使用該方法之幅射偵測信號處理系統。該方法與系統係結合觸發信號與時間標記資訊，以進行提供一幅射偵測信號處理系統，其係具有複數前端偵檢器，每一個前端偵檢器可以感測一輻射事件，以產生對應之一能量信號。接著，根據對應之該能量信號，進而產生對應之一觸發信號並根據所有該觸發信號，進而產生一第一信號與一第二信號。以及根據該第一信號與該第二信號，取得該觸發信號間之時間差距，進而轉換為一組時間標記，且將所有的該觸發信號與該組時間標記合併為一混合式時間信號，進而將該混合式時間信號送予一混合式事件符合偵測電路。
Description
本發明係有關一種符合事件判別技術，尤其是指一種結合觸發信號與時間標記之輻射信號處理方法與系統。
正子斷層造影(Positron Emission Tomography,PET)，使用具少量放射性的同位素藥物以進行生物醫療檢測。藉著靜脈注射具放射性藥劑之葡萄糖進入生物體內後，藥劑由惡性細胞大量吸收，當衰變過程中之正子與細胞內的電子撞擊相互抵銷毀滅產生互毀作用(annihilation)，而後質量消失且釋放出兩道方向相反，夾角呈180度的加馬射線(γ-ray)，每一道加馬射線的能量為511仟電子伏特(keV)。正子斷層造影儀利用偵測這些成對的加馬射線，藉以重建正子藥物在組織或器官內的分佈情形，來獲得所需之影像。因此，如何精確且即時的判別出成對的加馬射線，是目前業者所關心的問題。
判別成對的加馬射線的習知技術更可概分為三種(1)時間標記法(time mark method)，(2)觸發信號AND邏輯法，以及混合式(Hybrid)方法。其中，時間標記法中，事件符合偵測系統電路在固定的時間週期內搜尋(sorting)所有偵檢器所送出的時間標記，並計算配對偵檢器之間的時間標記差值，判斷是否有偵檢器模組配對的時間標記差值在預定的符合時間視窗之內，如果時間標記差值小於符合時間視窗數值即判定此組配對有符合事件發生。此方法雖能提供非常精準的時間解析度，但在實現上之複雜度隨著時間標記數位數值長度增大而增加，造成偵測系統電路的即時性較差。
而在觸發信號AND邏輯法中，其係將所有可能的配對偵檢器輸出觸發信號用”AND”邏輯閘來偵測是否為同時發生。做法是預先將所有可能的偵檢器配對組合找出來，每一種組合下兩個偵檢器之觸發信號通過一個AND邏輯閘，在兩個配對的觸發信號同時為高準位的時候，AND邏輯閘才會產生高準位，判定此組配對有符合事件發生。此方法即時快速且簡單，省去時間標記法的配對事件搜尋，大大降低系統複雜度，易於在硬體電路上實現。但其符合時間視窗大小是由觸發信號的脈波寬度決定，不適合即時變更調整，且由於觸發信號容易受到電路與元件雜訊干擾影響。
最後在，混合式方法中，是以傳統式觸發信號AND邏輯法進行初步篩選，篩選過後之配對模組再使用時間標記法進行符合事件之最終判定。其做法是先讓每個偵檢器模組輸出的原始觸發信號與系統主時脈(system main clock)同步化，稱之為同步化觸發信號(synchronized trigger)。並將所有可能發生的偵檢器模組配對組合找出來，每一種組合下兩個配對模組的同步化觸發信號通過一個AND邏輯閘，在兩個配對的同步化觸發信號同時為高準位的時候，AND邏輯閘會產生高準位，依此初步判定此組配對有符合事件發生之可能。由初步篩選所選出之符合事件的候選配對模組將進行第二階段使用時間標記法之符合事件判定，將所選取出來之配對模組所輸出之時間標記進行細部最終判斷，決定是否真正為符合事件。
綜而言之，習用技術中判別成對的加馬射線的之混合式技術，是以傳統式觸發信號AND邏輯法進行初步篩選，篩選過後再使用時間標記法進行符合事件之最終判定，雖然同時擁有傳統式觸發信號AND邏輯法的即時性，與傳統式時間標記法的準確性，但是系統中每個偵檢器都搭配一組脈波鑑別電路與時間數位信號轉換器，需要大量的晶片以及記憶體，造成資源浪費與成本增加，且此技術雖然避開了傳統純時間標記法需持續繁複地比對所有時間標記信號之程序，卻還是需要耗費晶片效能進行大量的減算與比對程序。
本發明提供一種幅射偵測信號處理方法與系統，其係結合觸發信號(Trigger)與時間標記(Time Mark)的新型混合式(Hybird)事件符合偵測系統。系統中分為時間信號產生以及符合事件判別兩個部分；時間信號產生部分，是由各脈波鑑別電路與時間數位信號轉換器組成混合式時間信號電路，產生各觸發信號與一組代表緊鄰事件時間差距的時間標記，這些信號合併為混合式時間信號。符合事件判別部分，在初步篩選階段是利用觸發信號AND邏輯法，篩選過後之配對模組再使用代表兩事件時間差的時間標記進行符合事件最終判定。此外，本發明之幅射偵測信號處理系統亦可為一斷層造影系統。
本發明提供一種幅射偵測信號處理方法與系統，其係在混合式時間信號電路中只需要一組時間數位信號轉換器，即可完成多個偵檢器的事件時間差距運算，因此減少了系統中晶片使用數量，使成本大幅下降，且沒有習知混合式架構中各時間數位信號轉換器間的時間同與數值校正問題。本發明也簡化了系統的信號處理流程，因此在即時運算上，比習知混合式方法先以觸發信號AND邏輯進行事件符合初步篩選，再進行時間標記減算、符合事件判定，更具有即時性、快速性、以及高度整合性的優點；新的混合式時間信號是由一組時間標記與多個觸發信號組成，系統中不需要大量的記憶體空間暫存時間標記，減少了傳輸排線的位元數，使得混合式事件符合偵測電路晶片所需腳位下降，而時間標記已經為事件之間的時間差距，在混合式事件符合偵測電路中則不需要消耗晶片資源進行持續的事件時間搜尋與時間標記減算計算，提升事件符合偵測的速度，降低晶片所需要的資源，使得晶片選擇上更有彈性。
本發明提供一種幅射偵測信號處理方法與系統，其具有習知混合式與時間標記法之高偵測準確度，且同時降低系統電路的複雜度、電路體積以及晶片使用數，提高系統的即時性與整合性。
在一實施例中，本發明提供一種輻射偵測信號處理方法，其係包括有下列步驟：提供一輻射偵測信號處理系統，其係具有複數前端偵檢器，每一個前端偵檢器可以感測一輻射事件，以產生對應之一能量信號；根據對應之該能量信號，進而產生對應之一觸發信號；根據所有該觸發信號，進而產生一第一信號與一第二信號；以及根據該第一信號與該第二信號，取得該觸發信號間之時間差距，進而轉換為一組時間標記，且將所有的該觸發信號與該組時間標記合併為一混合式時間信號，進而將該混合式時間信號送予一混合式事件符合偵測電路。
在另一實施例中，本發明更提供一種輻射偵測信號處理系統，其係包括有：複數個前端偵檢器，其係分別感測一幅射事件而產生對應之一能量信號；複數個事件判別裝置，耦接該複數個前端偵檢器，並分別接收該能量信號，進而產生對應之一觸發信號；一邏輯運算電路，耦接該複數事件判別裝置，並接收所有該觸發信號，進而產生一第一信號與一第二信號；以及一時間數位信號轉換器，耦接該邏輯運算電路，並接收該第一信號與該第二信號，且根據該第一信號與該第二信號，取得該觸發信號間之時間差距，進而轉換為一組時間標記，且將所有的該觸發信號與該組時間標記合併為一混合式時間信號，進而將該混合式時間信號送予一混合式事件符合偵測電路。
為使 貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，下文特將本發明之裝置的相關細部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得 審查委員可以了解本發明之特點，詳細說明陳述如下：請參閱圖一所示，其係為本發明之輻射偵測信號處理系統實施例示意圖。輻射偵測信號處理系統1包括：複數個前端偵檢器S1~Sn、複數個事件判別裝置D1~Dn、邏輯運算電路11、時間數位信號轉換器12以及混合式事件符合偵測器13。該複數個前端偵檢器S1~Sn，其係分別感測一幅射事件而應用光電轉換產生對應之一能量信號，且該輻射事件為一加馬射線；該複數個事件判別裝置D1~Dn，其耦接該複數個前端偵檢器，並分別接收該能量信號，產生代表偵測到加馬射線瞬間的對應之一觸發信號，且該複數事件判別裝置D1~Dn將所有的該觸發信號調整為具有相同的脈波寬度，且該複數事件判別裝置可為脈波鑑別電路(例如，定比鑑別器(constant fraction discriminator，CFD))或位準觸發器(level trigger)；該邏輯運算電路11，其耦接該複數事件判別裝置，並接收所有該觸發信號，進而產生一第一信號與一第二信號；以及該時間數位信號轉換器(time-to-digital converter，TDC)12，耦接該邏輯運算電路，並接收該第一信號與該第二信號，且根據該第一信號與該第二信號，取得該觸發信號間之時間差距，進而轉換為一組時間標記(time-mark)，且將所有的該觸發信號與該組時間標記合併為一混合式時間信號，進而將該混合式時間信號送予該混合式事件符合偵測電路13。更詳細言之，該時間數位信號轉換器12可得到代表系統所接收前後兩次加馬射線之間精確時間差距的該時間標記，且該時間標記為一數值。前述之該邏輯運算電路11更包括：一聯集電路11a，其耦接該複數事件判別裝置D1~Dn，該聯集電路11a將所有的該觸發信號進行聯集運算，進而產生該第一信號；以及一交集電路11b，耦接該複數事件判別裝置D1~Dn，該交集電路11b將所有的該觸發信號進行交集運算，進而產生該第二信號。另外，前述之混合式事件符合偵測電路13在接收該混合時間信號後，可執行符合事件判別、配對資訊編碼與配對資料合併等工作，進而透過一資料傳輸介面(未繪示)將結果傳送至電腦14進行成像處理。此外，本發明之幅射偵測信號處理系統亦可為一斷層造影系統。
請參閱圖二所示，其係為本發明之輻射偵測信號處理方法實施例之流程示意圖。該輻射偵測信號處理方法係包括有下列步驟：首先，提供一幅射偵測信號處理系統1，其係具有複數前端偵檢器S1~Sn，每一個前端偵檢器可以感測一輻射事件，以應用光電轉換產生對應之一能量信號(步驟s201)，且該輻射事件為一加馬射線；根據對應之該能量信號，進而產生代表偵測到加馬射線瞬間的對應之一觸發信號(步驟s202)，且所有的觸發信號具有相同的脈波寬度；根據所有該觸發信號，進而產生一第一信號與一第二信號(步驟s203)，且於本實施例，可將所有的該觸發信號進行聯集運算，進而產生該第一信號以及可將所有的該觸發信號進行交集運算，進而產生該第二信號；以及根據該第一信號與該第二信號，取得該觸發信號間之時間差距，進而轉換為一組時間標記，且將所有的該觸發信號與該組時間標記合併為一混合式時間信號，進而將該混合式時間信號送予一混合式事件符合偵測電路13(步驟204)。另外，本方法更包括根據該混合時間信號，進而執行符合事件判別、配對資訊編碼與配對資料合併，以將結果傳送至一電腦進行成像處理。
請參閱圖三所示，其係為應用本發明之一實施例。如圖三所示，以使用本發明之複數個前端偵檢器S1~Sn中的兩組偵檢器為例，來說明時間標記的計算方法。Trigger a與Trigger b分別代表前端偵檢器a、b經過脈波鑑別電路得到的觸發信號，其脈波寬度皆為T，將此兩個觸發信號分為兩條路徑，分別進行聯集(a∣b)與交集(a & b)的運算，得到信號U與信號I。利用此兩信號送入時間數位信號轉換器12中，取得代表兩觸發信號之間時間差的時間標記。之後將Trigger a、Trigger b與時間標記合併成為一組混合式時間信號，送至混合式符合事件判別電路13。
詳而言之，本發明之幅射偵測信號處理系統1先把有符合系統需求的前端偵檢器模組配對組合出來，該配對組合之方法可預設一臨界值來挑選配對組合。接著，將這些將這些配對模組輸出的觸發信號用”AND”邏輯來偵測是否為同時發生。做法是每一種組合下兩個配對模組的觸發信號通過一個AND邏輯閘連接，在兩個配對的觸發信號同時為高準位的時候，AND邏輯閘才會產生高準位，判定此組配對通過初估判別。通過初估判別的事件資訊才會進入下一階段，根據時間標記進行精確的符合事件判別，若時間標記數值進入系統預先設定之範圍，則判定此配對為符合事件，最後依照符合事件判別結果來完成配對資訊編碼、多重事件判別以及符合事件資料整併的工作。
本發明所設計之混合式架構簡化了傳統混合式架構的信號處理流程，只需要使用一組時間數位信號轉換器即可完成多個偵檢器的事件時間差距運算，比較已習知技術，大幅度的降低所使用的時間數位信號轉換器數量，使所需晶片數量大幅減少，讓電路成本降低，也沒有使用多組時間數位信號轉換器的同步以及校正問題；所得到的混合式時間信號是由一組時間標記與多個觸發信號組成，不需要大量的記憶體空間暫存時間標記，減少了傳輸排線的位元數，使得混合式事件符合偵測電路晶片所需腳位下降，而時間標記已經為事件之間的時間差距，在混合式事件符合偵測電路中則不需要消耗晶片資源進行持續的事件時間搜尋與時間標記減算計算，提升事件符合偵測的速度，降低晶片所需要的資源，使得晶片選擇上更有彈性。
因此，本發明更可藉由電子電路與FPGA晶片所組成的系統進行實現，以完成了一種新的混合式架構造影系統，並將此系統應用於現有正子斷層造影儀。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例，當不能以之限制本發明範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。
1．．．幅射偵測信號處理系統
S1~Sn．．．前端偵檢器
D1~Dn．．．事件判別裝置
11．．．邏輯運算電路
12．．．時間數位信號轉換器
13．．．混合式事件符合偵測電路
14．．．電腦
11a．．．聯集電路
11b．．．交集電路
S201~s204．．．步驟
圖一係為本發明之幅射偵測信號處理系統實施例示意圖。
圖二係為本發明之輻射偵測信號處理方法實施例之流程示意圖。
圖三係為應用本發明之一實施例。
S201~s204．．．步驟
Claims (10)
- 一種輻射偵測信號處理方法，其係包括有下列步驟：提供一幅射偵測信號處理裝置，其係具有複數前端偵檢器，每一個前端偵檢器可以感測一輻射事件，以產生對應之一能量信號；根據對應之該能量信號，進而產生對應之一觸發信號；根據所有該觸發信號，進而產生一第一信號與一第二信號；以及根據該第一信號與該第二信號，取得該觸發信號間之時間差距，進而轉換為一組時間標記，且將所有的該觸發信號與該組時間標記合併為一混合式時間信號，進而將該混合式時間信號送予一混合式事件符合偵測電路。
- 如申請專利範圍第1項所述之輻射偵測信號處理方法，更包括：對該複數前端偵檢器進行配對組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之輻射偵測信號處理方法，其中所有的觸發信號具有相同的脈波寬度。
- 如申請專利範圍第1項所述之輻射偵測信號處理方法，更包括：將所有的該觸發信號進行聯集運算，進而產生該第一信號；以及將所有的該觸發信號進行交集運算，進而產生該第二信號。
- 如申請專利範圍第1項所述之輻射偵測信號處理方法，更包括：根據該混合時間信號，進而執行符合事件判別、配對資訊編碼與配對資料合併，以將結果傳送至一電腦進行成像處理。
- 一種幅射偵測信號處理系統，其係包括有：複數個前端偵檢器，其係分別感測一幅射事件而產生對應之一能量信號；複數個事件判別裝置，耦接該複數個前端偵檢器，並分別接收該能量信號，進而產生對應之一觸發信號；一邏輯運算電路，耦接該複數事件判別裝置，並接收所有該觸發信號，進而產生一第一信號與一第二信號；以及一時間數位信號轉換器，耦接該邏輯運算電路，並接收該第一信號與該第二信號，且根據該第一信號與該第二信號，取得該觸發信號間之時間差距，進而轉換為一組時間標記，且將所有的該觸發信號與該組時間標記合併為一混合式時間信號，進而將該混合式時間信號送予一混合式事件符合偵測電路。
- 如申請專利範圍第6項所述之幅射偵測信號處理系統，其中複數事件判別裝置將所有的該觸發信號調整為具有相同的脈波寬度。
- 如申請專利範圍第6項所述之幅射偵測信號處理系統，其中該邏輯運算電路更包括：一聯集電路，耦接該複數事件判別裝置，該聯集電路將所有的該觸發信號進行聯集運算，進而產生該第一信號；以及一交集電路，耦接該複數事件判別裝置，該交集電路將所有的該觸發信號進行交集運算，進而產生該第二信號。
- 如申請專利範圍第6項所述之幅射偵測信號處理系統，其中該複數事件判別裝置為脈波鑑別電路或位準觸發器。
- 如申請專利範圍第6項所述之幅射偵測信號處理系統，其中該混合式事件符合偵測電路在接收該混合時間信號後，進而執行符合事件判別、配對資訊編碼與配對資料合併，以將結果傳送至一電腦進行成像處理。
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