TWI313758B - A device and method for characterizing energy,peak time and decay time constant of gamma ray - Google Patents

Description

1313758 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 月2曰提出之第 ，該申請案之完整 本案係基於前於2004年4 60/558,709號臨時申請案主張優先 内容如后。 # ㈣本^日系有關於正子放射斷層掃描（PET)之技術 ί Ϊ L特有關於應用在P E T前端電子之訊號處理裝置 及万法。 【先前技術】 正子放射斷層掃描（PET)係一種應用於臨床醫學及 生物醫學研究之技術，用以創造可顯示解剖學上的結構 及部份組織如何完成其:生理學功能之影像。被放射性原 子核標記之追蹤分子被注入體内後，該等放射性原子核 所放射出之正子可與組織中之電子相互碰撞。每次碰撞 即產生一滅絕作用並產生約莫2個伽瑪光子，藉由偵測該 等伽瑪光子並經由影像處理工具產生之圖像即可觀察出 組織之活動，並可藉此看出其生理機能。 在正子發射斷層掃瞄系統中，經由滅絕作用產生 之光子與閃爍器互動產生之閃爍光脈衝可被光電倍 增管（photomultiplier tubes, PMT)或雪崩型光電二極 體（avalanche photodiodes, APD)所收集並轉換成一 電荷脈衝。本發明所使用之光電倍增管（pMT )技術 係參考 Hamamatsu Photonics K.K. Electron Tube 1313758 中:於1995年出版之「光電倍增管的基礎與應用」 光電倍增管之進—步細節在該書中亦有詳述。 :亥=脈衝通常被放大且被過濾而形成新的電塵脈衝，該 電f脈衝之峰振幅與原始閃爍光脈衝區域相符，亦 爍益在前揭互動過程中所接收到之光子能量 取樣該峰振幅並經由類比轉數位轉換器 (nal〇g_t〇_d丨gital converters，ADCs)之 轉換為數位資料，並利田’之後續處理以 frartinn η· · 二 用恆比鑑別器（constant 汁⑽丨〇nd丨sc咖nat〇rs，CFDs)取得事發時間。 發二了層HI更高的解析度及更強大的圖像能力，正子 計過財所使用之閃爍器便愈來 心J有鑒於閃爍器所輸出之 別處理，於目前: 都需被個 類比數位轉換$( 子發射斷層掃瞒系統中，- 增加，復鑒於較供 所使用之電路數目亦隨之 使用，高速類比數器及3D立體效果之廣泛 提升。然而，—個大旦17 s)之需求亦隨之 (ADCs)之τ工义里使用高逮類比數位轉換器 耗大量電力且iiL )系統勢必消 且k成使用上太過昂貴之情形。 【發明内容】 與本發明之實施例一致 係提供用於使PET系統内 1313758 器之輸出端與計數器之啟動或 多個計數ϋ僅於當比較測〇之輸接’如此該 考電屢結合後呈正值時之允與接收最小參 期間内每-個上述之計數器依料啟=動，及在允許 _衝上升邊緣出現時開始計算:、且持固： 邊緣出現為止，而且該 位：=測中用以測定PET電壓脈衝參數之數 與本發明之另一觀點一致， 具體化之PET系統以完成PET。 此提供一種使上述裝

與本發明之另一觀點一 之PET系統以完成PET。 致，提供一種使用上述方法

=本㈣之再另—觀點―致’提供—種使用在pH 二系」可將由ρΕΤ偵測器所產生之電壓脈衝在到達參 電壓之上升邊緣與到達參考電壓之下降邊緣間的時間 距數位化之什數裔。該計數器可包含至少一啟動輸入 端及停讀人端、第—紀錄器用以儲存在啟動輸入端接 收到的第-個上升邊緣出現之系統記錄時間並於整個允 許期間⑽持残；及第二記肺心贿當在允許期 間内出現於^>止輸人端的—上升邊緣時之系統記錄時 ^如H·)·數器之輸出等於儲存在該第—與第二記錄 器間之系統記錄時間的差異。 1313758 關於本發明之其他特徵及優⑪，除在後續發明實施方 式中有更4細之說g料，亦可從實施方式之敘豸中可明顯 看出’或可在㈣之實施過程中發現。尤其在將後續本發 明=專利發明申請範圍之項目及其組合後，亦可發^ 及貫現本發明之特徵及優點。 刖揭=般性描述及後續之細部描述，應僅被認為是本 4月之示範&及5兒日月性之描述，而非僅為本發明中請專利 之範圍所在。

【實施方式】 以下謹配合後附圖式，提供本發明之較佳實施例作為 參考’在可能的情形下，械或相似的元件在不同的圖式 中將使用相同的參考代號。 第1圖說明一種包含於本發明具體實施例中之示範 性正子發射斷層掃瞄系統（100)。該正子發射斷層掃瞄系 統（100)包含一個光電倍增管（PMT)偵測器（102)以 偵測來自於閃爍器（未顯示）的光脈衝且轉變偵測結果成 為一種電荷脈衝。_器（搬）包含放大及過濾電荷脈 衝之迴路以提供一電壓脈衝。正子發射斷層掃瞄系統 (100)的類比部分（104)以接收及處理電壓脈衝。該類 比部分（104)包含一個數位化設備（1〇6)將電壓脈衝數 位化，及以數位化形式提供有關正子發射斷層掃瞄事件偵 測的電壓脈衝數位部分（1〇8)之參數◦數位部分（1〇8) 1313758 可完成全部需要由正子發射斷層掃瞄系統（100)產生之 數位化訊號過程。 數位部分（1〇8)數位化產生的結果可進一步由傳遞 部分（110)傳送至其他系統，或於控制暨影像重建區段 (112)呈現。傳遞部分（11〇)可為任何適當形式之傳遞 系統或被使用來傳送數位化過程結果之裝置。控制暨影像 ^建區段（112)可為任何適當形式的操作裝置或被使用 來呈現由數位部分（1〇8)產生的數位化過程結果之電腦 • 系統。

第2圖顯示一種由光電倍增管偵測器（彳〇2 )產生的示 範性電壓脈衝，特職，—紅，絲切_結合光電 倍增管（LSO/PMT)偵測器，係關於一種伽瑪射線光子與 LSO交互作用。脈衝由通過直接連接到Ls〇/pMT偵測器 上的電阻器所測量。說明的示範性電>1脈衝為在5、GH°Z =速度下使用-種數位化㈣器取樣。高峰期與衰退期 吊數/刀別由許多約1 〇 ns及4(M5 ns脈衝中觀察。 第3圖說明該電壓脈衝之一般功能性描述。如第3圖 所不，當忽視雜訊時，電壓脈衝可藉 圃 後接著緩慢指數型衰退之邊緣進行估算。因此性上升 增管偵測器（1G2)產生的電舰衝通過電阻 連接至偵測器（102)的穩定增加前：貞測或在 學化之模式如·· . &线大讀出端有數 1313758 v⑺= 0 t<o vp(t/tp) 0<t<tp ⑴

Vpe-(t'tp)/t t^tp ί (102) T。p '、、、月，及Vp為脈衝之峰振幅。一般來說，tp« 邊模式可接著使用來導出三個 提供訊息的脈衝轉，命名A r :要在p E τ偵測情況下 數τ，及高峰: 衝導振幅、，衰退期常 ω “ 峰 ρ 個非限制性的例子，將在下立 :逑為何脈衝峰振幅Vp，衰退期常數τ，及高峰期 使用來代表電壓脈衝的理由。峰振幅vpiV(t)T之面 比例’由此能量被置於閃爍器内。:衰 和成 別閃爍器的資訊，當多個閃炸 /數可提供鑑 並句Α…樂使用於ΡΕΤ系統内時， 種特別的偵測情況中。高峰期間tp可使用來提 ^:^二―種為社的脈衝振幅_事件之即時資 ς上^目的的事發時間照慣例係由使用恆比鑑別器 以此脈衝模式為基礎，此三個 由脈衝V⑴導出之時間間距計算得。另外，：些= 可由相騎不昂貴的比較敎器或計算機進行測量。 牛驟sn導^匕個電壓脈衝參數之流程說明步驟。 二Γ電壓Vi之選擇，例如Vi<、，且模式 方私式V(t)=Vi有二解法： 供八 1313758 ' ;=%(▽"、)， (2) 其中ti⑼為=VT|幫)，（3) 下降至低二，！)上升至超過Vi時之時間及、⑻為當v⑴ 因此t.Oei時之時間一參考電壓Vj選擇，V】<Vi<VP， 0。步驟Μ ，且時間間距产）=t产Lti(e〉=T|n(v丨/ν】）> 退期常數.可測|時間間距tij⑻。步驟S3’可計算得衰 # T= ^^(Vi/Vj), (4) 步驟S4 ’選埋甘灿-

Vi<：v 、擇其他二種參考電壓vk及Vi，vk< vp且 p VP。亦定義時間間距 tk=tk(e)- tk(w tl = tl(b)。其 低二v 1上升超過Vk時’以tk(b)為時間值，且當v⑴下降 驟S5，w、值旦t丨為當V⑴下降:低於Vl時之時間值。步 得峰振幅1^该二個時間間距tk及t。步驟S6 ’可計算 了列方程式可由方程式⑺及（3)導出： T|nVj- (tp + TlnVp)^^^), (5) 另’二T|nV|=： (tp+T|nVp)_V|(ti/Vp),⑹ (s程式（6)減掉方程式（5)乘以（v丨/Vk): *tlJ^;f^+T|n(Vp/Vk)+^ k 。若。於方程式（7)中被忽略，接著

V exp.

ST (8) 12 1313758 << 自從時間常數τ於步驟S3中計算，此近似值僅在當t Tln(Vp/Vk) = Tln((s+1)Vp/Vl)時有效，如下列的情二： >y>> ^-exp| —^ (9) 自從電壓v,被許多閃爍器定義為_V|<Vp及‘《τ’如 方程式（9)所示狀況可使用小s滿足。舉例，〖P= 1〇吡σ τ = 40 ns，V| 變成】.3(V|/Vp)—]。若 ％ 定義為 P3_eVS 二 二350 keV Vp，任何小s >> αι可滿足上述狀況。具有 較小tp/T值之閃爍器可使該狀況更放鬆。舉例，s為1 使用於某些狀況。然而在沒有超出本發明範 以使用其他值而。 @况下了 —步驟S7中，定義其他參考的電麼、，如I (⑼ =義為-當V(t)上升超過Vm時之時間 ^間:距⑼，b)。最後，步驟二： : P(t| /tp)且Vm = Vp(tm⑼/tp)時，高峰期tp之計算如 tp = (Vp/(Vi ~ Vm))tmi(b) 使用時間間距可導出三_脈衝參數，而並不需要類比 當計算速度是重要_ n ( s)。進一步’ w·.⑻，及t 匕 有能力獲得#)，办+他一 IJ mi 。接著經由查表（LUTs)這此數值可被# 用以獲得了，Vp及（卩之估算。 数值了被使 如另一個非限制性的 ^ = 丁田/哼滿足V丨/Vk = m '時，傾向於使用一種較簡單的方 13 I313758 式計算。在此情況下，s = Vi/Vk- 1 = 驟6、及步驟9的方程式： 且計算步驟3、步 珍)/1η2, (11) (12)

設 expi^U (13) 雖然僅有3個電壓脈衝參數、5個參考電壓值、 :偵測步驟為描述於第4圖所示的方法，其必須瞭 =參數、參考電壓值，及_步驟為福性且不傾向於 限制。如上所示’假設可被應用於減少參考電壓數供 ^擇地’可在沒有超出本發明範圍的情況下可添加其 二及參考電壓，亦可加入其他偵測步驟，或改變步驟的次 第5圖為說明-於第]圖之數位化設備（ 念性電子建置（200)。該建置 λ , 且J 乂任δ適之機械類型為 -基礎，如特殊應用積體電路（ASIC)、現場可程式間陣列 FPGA)、及/或-軟體程式組合與—微處理器。如第5 圖所示’該數位化設備（期）包含多個電阻器。（H) 至（202-5)、多個比較測定器（204」）至 4_ 少 H器（2Q6_1)至（2G6_4)、多個轉換器（2G8_1)至 s = 運算單元（210)。每—個計數ϋ 至（206-4)包含，，起動，，、"停止"、"允許

入端及一"輪出"之於ψ各山斗姑 月J 輸出之輸出端。該轉換器之輪出端（208-1 )、 14 1313758 ^08·2)、（208-3)及（208-4)分別連接到計數器之|， 停止"輸入端（206-1 )、（206-4)、（206-3)及（206-2)。 δ亥比較測定器之輪出端至（2Q4_4)分別連接到 轉換器之輸人端（20W)至⑽8_4)。該比較測定器之 輸出端（204-1)至（2〇4_3)分別連接到計數器，•起動，，輸 入端（206-1 )至（2〇6_3)。該轉換器之輸出端（2〇8·2) 連接至計數器之"啟動"輸入端（2〇6_2)。該比較測定器 之輸出，（2〇4_5)連接到計數器之"起動”輸入端（206-4) 及°十數器之允許"輸入端（2〇6-1 )至（206_4)。該計數 器各別的CLK記錄輸入端（206」）至（2〇6_4)連接 至接收一系統記錄之輸入端。 、、每個比較測定器之第一輸入端（2〇4_υ至（2〇4_5) 被連接用以接收該電壓脈衝V⑴。電阻器（2〇2_1)至 (202-5)於作為接收該參考電壓Vq及背景值之輸入端間 以串聯方式連接。於一建置中，該電阻器（2〇2_”及 (202-2)之電阻值為電阻器（2〇2_3)、（2〇2…與⑵2…

Cl:值：二倍。比較測定器（2〇4_1)之第：輸入端被 =收參考電壓v°。該比較測定器之第二輸入端 _ ί2〇21 5)、經由一個或多個如第五圖所示之電 _ (202-1)至（202_5)被連接用以接收 ^器之二出端 執行代號皆如前述所定義。該輸出端係適用於 執灯則料异之運算單元（21Q)以測定 之電壓脈衝參數，如：衰退期常數卜峰電壓 15 1313758 高峰期tp。 被輸出之電壓脈衝v⑴可以被或 輪出之來者雷厭w 、丄 俽不被刖置放大。 / 0決定可被測定之最低光子能量。由電 至（202-^固參考電麗可透過使用一由電阻器（202_1) _ ~所形成之簡單的電阻式分壓器產生。因 比較測定器（2〇4-υ至（2〇4_5)分 端接收到Vi、ν ν η / 其弟一輸入 電壓之轉 k j及、。為了相更彈性的參考 k擇’可使用程控之電阻器。 電阻器（202-1、5 f c、-r ^ 可奸) (2 2 )可以為任—可獲得或非 至非程控之電阻器。可選擇電阻器（202_1) 叫’如此描述於第4圖之五個參考 ~ V"〗=2,及 Vm = ν丨/4。 二數位化設備（2〇〇)之運作期間内，該比較測定器 輸出訊號之上升邊緣表示一偵測事件的發生。 ^ ^有的計數器（2〇6_υ至（勝4)僅於當比較測 疋口。（204-5)之輸出為正的期間内被啟動，如 電壓V⑴係尚於vm時。每個計數器（206」）至（2〇6_4) 被連接操控如此於-啟動期間内，該計數器於其I，啟動" 輸入端第:個上升邊緣出現時開始計數並且持續計數直 到在其”停止••輸入端最後之上升邊緣出現為止。於事件 完成後，計數器（206-1 )至（206_4)由一邏輯脈衝（|〇扣 pulse)之下降邊緣被重新歸零，接 件，然每個計數器（咖）至（2Q6_4):,,H 入端說明’該重設邏輯並未顯示於此。該重設邏輯可包含 16 1313758 任適田之重設邏輯類型。該重設之 比較測定器Γ2〇4 认， 、科狐術的屋生係由 說，對於Uo _ 端之上升邊緣所觸發。舉例來 _器而言，—持續約⑽的之脈衝應該 每個計數器（206-1 ) s ⑽>·、 阻器被執行。該二記錄器复由太）可經由使用二個電 ^ a ，、中一者儲存系統於計數器，•啟 : 個上升邊緣出現時的記錄時間，並且於整 内發生在該計數器:田：邊緣於啟動時間 存系統之記㈣ρ, / 輸人&，第二個紀錄器便儲 容旦、美’、、Η冲數器之輸出因此等於二電阻器間之 恰雜訊之電壓脈衝而言，於—啟動期間内 至广池^、 輸出端。西此，每個計數器（2〇6-υ ^206-4) 夕tk&tmi 〇然而，對於一雜訊電壓脈衝而言， 二=升及下降邊緣可於-啟動期間内在-個或多個 計數。204-1)至（204-5)之輸出端產生，並且該 測二可避^免產生比實際之持續間距更短之時間間距量 :例來既’適當之轉比較測定⑽型可被使用於此 央貝目的。 认，運算單兀（210)分別經由計數器（206-1 )至（206-4) ^之，間距0、t|、Mtmj⑼湘於第4圖所描述 〜士去°十算出衰退期常數τ、峰振幅VP及高峰期tp 。該計 、、、。可藉由利用上述之方程式或經由查表以加速計算 1313758 過程而完成。 /對於如LSO之快速閃爍器，其^^值係在 4〇_1〇〇ns之範_被賴出。因此_彳㈣之記錄 連度可料於產生所需時間間距<正確估算。該電壓值 V0可於校正期間内被測定。舉例來說，以—校正源（如：

Ge-68)在獲得相當於511 kev^ %及一足夠小之最初 的Vo後，可接著立即計算得一新的v〇(例如：才目當於_ keV)。 剩餘的第6A-9圖說明電腦模擬研究之結果，其係關 於處理估算-與本發明之實施例—致的實行。該電腦模擬 係基於上述方程式被實行。該實行至少受到三個因素影 響：（1)於該脈衝模式中之錯誤（模式錯誤）；（2)脈衝 中之雜訊；（3)有限之記錄速度。:模式錯誤會造成被導出 ^脈衝參數不正確的估算；雜訊會造成產生之時間間距的 心栈誤差，且有限之記錄速度會傳入量測之時間間距量子 化°吳差，甚至是當雜訊不存在時亦是如此。電腦模擬研究 係用以測試雜訊及有限記錄速度因素之影響。 ▲當由電腦模擬獲得一雜訊輸出脈衝時，僅考慮散粒雜 訊。散粒雜訊係—由閃爍器/ P E T偵測器產生的電荷脈衝 之主^雜訊組成。—組成是由在PMT巾閃爍光子產 ^及电子放大之隨機特性所引起。雜訊之其他來源（例如 電子雜訊及熱雜訊）可藉由適當之電顿計被降低；其並 不被包含於此模擬研究中。ρΜτ之暗電流亦被，忽略係由於 其在脈衝測定中通常是不重要。 18 1313758 土當假設該電壓脈衝v⑴係藉由直接連接PMT輸出電 流至-電阻ϋ所獲得’該散粒雜訊可由下列絲式獲得： Φ⑴=YN(V(t)/V(tp)) 其中Y = η/Wp + 2T)FB)，N係產生於一偵測事件之閃爍 光子總數，η係PMT之量子效率，F係PMT之雜訊指數， 及B係量測系統之帶寬。 在模擬中，一般η = 0.2及F = 1·2使用於PMT中。 閃爍器光脈衝中，光子在LSO及BG〇中每一個MeV能 量儲存的總量分別為2.7 X 104及8.2 X 1〇3。衰退期常數 及電壓脈衝高峰期不僅取決於閃爍器種類，亦取決於計算 系統類比部分帶寬。由LSO/PMT及BGO/PMT分別產生 的脈衝之40 ns及300 ns衰退期常數被使用。一個1Q ns 高峰期被兩個偵測器採用。特別的，計算系統之帶寬：B， 可被比較測定器之帶寬所限制，且b=4〇MHz被使用係基 於二個理由。首先，此帶寬，考慮給比較測定器高值，可 支撐10 ns上升時間’且較長的40 ns及300 ns衰退時 間。第二，相對於便宜的比較測定器該方式較有效提供這 帶寬。基於這些設定，電壓脈衝結果的SNR中⑴可隨著 LSO/PMT 的 γ * 0.05 及 BGO/PMT 的 γ = 0.007 測量。一 旦〇(t)被測量出’在t的給予時間，一個具有標準偏差 v(t)/Vo(t)之高斯雜訊可被加至v(t)以得到一雜訊輸出脈 衝。最後，產生脈衝的發生時間可與系統記錄隨機產生。 於每一個光能量E從350 keV到700 keV之範圍内， LSO/PMT的1000雜訊產生。第6A，6B及6C圖顯示評 19 Ϊ313758 估結果的偏壓作為使用兩個系統記錄速度分別為3 5ghz 及1 GHz且光子能量範圍從300 keV至700 kev的函數。 第6八圖顯示LSO/PMT評估結果的偏壓作為衰退期常數 40 ns及咼峰期tp=1 〇 ns時的光子能量函數。第圖 顯示評估LSO/PMT的高峰期tp的偏壓作為當衰退期常數 T=40 ns及高峰期tp=10 ns時的光子能量函數。第圖 顯示評估LSO/PMT之衰退期常數τ的偏壓如當衰退期常 數T=40 ns及高峰期tp=1〇 ns時的光子能量函數。在第 6A+至6C圖中，符號表示35GHz記錄速度的結果， 及符號表示1 GHz記錄速度的結果。 —般來說，偏壓小且3_5GHz與1 GHz計數器速率結 果間的不同並無顯著差異。其值得注意的，使用3.5 GH"z 叶數器速率評估的光子能量偏壓較使用彳GHz計數器速 率評估值高。另外，當光子能量以511 KeV分級，在能量 低於511 KeV時其結果會被高估，而在能量高於 以上時其結果則會被低估:。 /第7A ’ 7B及7C圖顯示評估結果的偏壓作為使用兩 個系統記錄速度分別為3·5 GHZ及i GHz之光子能量函數 的標準偏差1 7A圖顯示LS〇/pMT評估結果的標準偏 差^為當衰退期常數了=4〇的及高峰期㈣⑽時的光子 能1函數。第7B圖顯示評估LSC)/pMT的高峰期t之 準偏，如t衰退期常數T=4〇ns及高峰mp=i〇ns “二 Γ ΐ=數27c圖顯示評估lso/pmt的衰退期常數丁 “率偏呈作為當衰退期常數了=40 ns及高峰期tp=1〇 ns 20 1313758 時的光子能量函數。在第7A至7C圖中，符號表示 3.5 GHz記錄速度的結果，及符號表示1 GHz記錄 速度的結果。 第7A至7C圖所示之結果指出使用較高之3.5 GHz記 錄速度評估結果較使用較低之1 GHz記錄速度有顯著小 的標準偏差。此可歸因於著重在系統時間的事件時間不可 測。隨意於測量時間間距ti/e)、ti、tk及tmi(b)採用隨機誤差， 且因此由此數量衍生。平均來說，當使用一個較低的計數 • 器，則誤差較大。亦，評估光子能量及高峰期的標準偏差 大致上與光子能量成線性上升，於3.5 GHz例中顯示較低 的增加速率。與事實相符的，電壓脈衝的雜訊能量與光子 能量成線性上升。相反的，評估衰退期常數的標準偏差顯 示顯著的依附光子能量。 ： 表一·當使用3.5 GHz及1 GHz之記錄速度時，LSO/PMT (tp = 10 ns及τ = 40 ns)在E = 511 keV下的偏壓及半高寬。 計數器速率 E tp T 3.5 GHz 偏壓 0.65 keV 0.07 ns 0.02 ns 半高寬 154.0 keV 3.3 ns 4.5 ns 1 GHz 偏壓 3.02 keV 0.03 ns 0.04 ns 半高寬 170.0 keV 4.2 ns 7.5 ns 表一摘錄於E=511 KeV下，評估光子能量事件時間 21 I313758 2退期常數的及半高寬（半高寬）。這些結果顯示 光子此里與現值一致。當分別使用 3.5 GHz A 1 GHz Z錄速度時’半向寬觀察光子能量符合在下約 上％及33%的能I解析度。當分別使用3 5 GHz及】gHz 速度時’在事件時間中的半高寬指出其可能利用一個 符。10 ns及12ns的視窗而沒顯著喪失真實性的實際狀 况。最後’事件時間中的較小之半高寬可建議使用於PMT 内的閃爍器晶體可在衰退期常數為基礎下有效鑑別。 表二·當使用1 GHz計數器速率時，bGO/PMT (tp = 10 ns及τ = 300 ns)在E = 511 keV下的偏壓及半高寬。 「 -SNR E tp T x1 偏壓 1482 keV 47.7 ns 0.10 ns 半高寬 29178 keV 662.4 ns 100 ns x10 偏壓 0.96 keV 0.06 ns 0.46 ns 半高寬 180.0 keV 4.2 ns 54.0 ns 表二摘錄於E=511 KeV下，使用1 GHz記錄速度評 估BGO/PMT光子能量事件時間及衰退期常數的偏壓及半 高寬。SNRxIO顯示若產生脈衝的SNR可做成1〇堆疊時 獲付的結果。較向的S N R 值可由利用一種較馬總量效率 的PMT及/或降低測量系統的帶寬達成。伴隨較高的 SNR ’可獲得合理的好結果。另外，BGO/PMT可為一般 22 1313758 模式如有8.5%光線發散一個60 ns衰退期常數及剩餘的 91.5%光線發散一個300 ns衰退期常數。 表三·當使用1 GHz計數器速率與產生的脈衝包含—個 及一個300 ns衰退常數時，BGO/PMT (tp = ns及τ = 300 ns)在Ε = 511 keV下的偏壓及半高寬。 SNR E tp — T 偏壓 0.23 keV 0.08 ns —---. 0.02 ns x10 半高寬 140.0 keV 4.2 ns ' ' ----- 48.0 ns

表三顯示當使用符合本發明方法產生的脈衝與雙重 數衰退常數模式如有8_5%光線發散一個6〇 ns衰退期& 及剩餘的91.5%光線發散-個3qQ ns衰退期常數與 SNR時獲得的結果。即使符合本發明的方法從單一指 式衍生’該結果指出當脈衝SNR符合時，仍可獲得：的: 第8圖說明在E = 511 keV下作為在使用3 5Qh丄^ 器下LSQ/PMT操作事件速率函數般評估光子 偏差。第9圖說明在E = 511 keV下作為在使 時器與X10 SNR時下LS0/PMT操作事件速率函數^ = 光子能量的標準偏差。在高的計數速度，事件累处& 得不可忽略，且導致時間間距不正確測量，尤其是彳 23 1313758 小的參考電壓衍生的時間間距。因此， = =計數速率應用，可以合理的使; Γ，二::雜::二 萬計數(Mcps)操作計數速率可 成且働萬計數（操作計數速度可於 雖然本發明已以前述較佳 r發明，任_此=:二:= 和範圍内’當可作各種之更動與修改。如上述的精 不會破壞此發明_^ 為準本^之保—时視後社_利範_定者 【圖式簡單說明】 後附圖式係為設計說明書之一， 數項特點外:、倘與發明敘述合併，應可對‘發=^ 更進一步的S兒明。後附圖式中： 體有 第1圖為一種符合本發明之干銘 之概要圖示。 聽性正子發射斷層掃目苗系統 第2圖為g由正_對位氧化矽酸 (LS_T)_器產生之電壓脈衝示範^ ^管 24 1313758 第3圖為一種閃爍器/光電倍增管 功能性描述圖示。 、°生之電壓脈衝 第4圖為使用模式導出一電壓脈衝基本〜 流程圖。 『玍之不粍性過程 子建置之概念概要 第5圖為一種符合本發明之示範1性電 圖0 第6A、6b及6C圖為一種對正_對位氧化石夕酸鎖处 ::管（LSO/PMT)如電子能量函數一樣估算光;口能量、 南峰期及一哀退期常數之基礎分佈圖。 、Μ’ 7B及7C圖為-種正-對位氧化石夕酸鎖結合光電倍 ，管（LSO/PMT)如電子能量函數一樣估算光子能量、一 向峰期及一衰退期常數之標準偏差分佈圖。 f 8圖為一種在E = 5彳彳keV下如主_對位氧化矽酸錙/光電 倍增管操作速度函數一樣判斷光子能量之標準偏差分佈 圖0 第9圖為一種在E = 511keV下如鉍化鍺結晶結合光電倍 增管操作速度函數一樣判斷光子能量之標準偏差分佈圖( 圖示簡要說明 100 102 104 106 PET system 正子發射斷層掃瞄系統 PMT detector 光電倍增管偵測器 analog subsection 類比部分 digitizer 數位化設備 25 1313758 108 110 112 200 202-1 〜202-5 204-1 〜204-5 206-1 〜206-4 208-1 〜208-4 210 digital subsection communication subsection console and image reconstruction subsection conceptual electronic implementation resistors comparators counters inverters arithmetic unit 數位部分 傳遞部分 控制暨影像重建區段 概念性電子建置 電阻器 比較測定器 計數器 轉換器 運算單元 26

Claims (1)

1. ------, J 十、申請專利範圍： t則口修正 1·種疋量地瑪射線能量、高峰時 置之使用方法，其包含： 3及哀減時間常數的裝 定義一個由一個正子 產生之電壓脈衝模式； T瞄（PET)偵測器 確定一個衰退期常數，一 期當作電壓脈衝模式的參數，=，及一個高岭 偵測；以及 其有關於PET事件 计异產生之電壓脈衝已確定的參數。 2.如申請專利範圍第1項之使用方 脈衝模式之步驟進一步包含：方法’其中該電壓 種於快速線性的上升後接著 將電壓脈衝塑造g 緩 緣 慢指數型衰退的邊 驟 3·如申請專利範圍第2 進—步包含： 使用方法，其中該步 &供多個參考電壓； 測量以參考雷厭I# 以及 個時間間距； 的電壓脈衝導出之多 ^用多個時間間距計算產生的電壓脈衝定義的參 27 I313758 4_如申請專利範圍帛1項之使用方法，纟中該計曾 產生電壓脈衝已確定的參數之方式進Γ步包含# 定義一個電壓脈衝V⑴、衰退時間常數τ、峰振中5 vp及高峰期tp ; 田 ，衰退期常數T如tij，n(Vi/Vj)，其中Vi與 先確疋的麥考電壓脈衝且Vj<vl•及 電、 間：=當酬V(t)降低至-下時的時間 疋義缘振幅Vp如-~iL_ [ (s+ V^+ 1 [ ST ys+ι 其令 S = ν,/Vk — 1’v, 二“預先確定的參考電壓脈衝，例如…皆小 、p t為一個當電壓脈衝V⑴降低至v Μ ± 火田電I脈衝V⑴下降低於vk時的時間盥 衝v⑴升高至超過Vk時的時間間之時間間距: 鲁 =:==，，，其中_先 t M V(t)^ ^ ^ ^ # 升高至超過、時的時間間之:^電壓脈衝州 如申凊專利範圍第3 含使用計數哭/夕項之使用方法’其進一步包 T数。α測置多個時間間距。 28 1313758 6.如申請專利範圍第3項之使用方法， 2的電麼脈衝定義的參數之步驟進：：：算 使用已测量之多個時間間距獲得衰退期常數:包含： •:申明專利乾圍第3項之使用方法， 產生的電壓脈衝定義的夫皇 ，、中该計算 使用Ρ、、目丨丨旦七々 義的簽數之步驟進—步包人 ^之夕個時間間距獲得電舰衝峰振；，： 8_如申請專利範圍第3項之使 產生的電壓脈衝定義，，一中該計算 傕用ρ、、目ρ ^ ☆義的芩數之步驟進一步包八 1之夕個時間間距獲得電壓脈衝高物:;· 9·置= 峰時間及衰減時間常數的裳 含：射斷層㈣（PET)之使时法，其^ 定義一個由—初PCT -個隨著昧：測器產生之電愿脈衝為由 :表現的”脈衝且具有一個==退邊 "里夕個在參专電壓為基 的電壓脈衝獲得之時間間距. 產生而接收 使用多個時間間祐# # 收電犀脈％ 〇异衰退期常數，峰振幅及接 收電£脈衝的高峰期間；以及 以數位化形式輪出計算結果。 29 Ι3Ϊ3758 I 0.如申請專利範圍第9項之使用方法，其 含使用計算單位完成計算。 ，G II 申請專利範圍第9項之使用方法，其進一步勺 含使用儲存於儲值表的數據完成計算。 12·:種定量迦瑪射線能量、高峰時間及衰減時間常數的 凌置，可與—正子發射斷層掃瞄（ρΕΤ 其包含： ’ 多個比較測定器，每一個連結以接收 =T電壓脈衝，及在第二輪入端上的第= C器’每一個計數器有至少一個啟動的輪 柒，一個開始輸入端及一個輸出端；以及 c器於該比較測定器輸出端及該計數器開 D或停止輸入端間結合； =比較測定器之一個輸出端與該計數器之 二輪）端結合，若當該比較測定器一個接收— 個；：！考電壓的輪出電壓結合後為正值時，多 間=在—個允許期間内被啟動，及在允許期 i之：：個上述之計數器依據其啟動輸入時第-個出 以脈衝上升邊緣開始計算，且持續計算至其 =時最後之上升邊緣出現為止，*且各 輪出係於事件偵測中用、目,F A DIrT 丨双时谷別之 位化時間間距。、 疋ET電壓脈衝參數之數 30 1313758 13. 如申請專利範圍第12項之 至少-個使用計數器輸出的時，其進-步包含: 末汁异及輸出電壓脈衝參數。 外早位 14. 如申請專利範圍第13項之裝 衝參數包含衰退期常數，、.振幅及==壓脈 15. 如申請專利範圍第12項之裝置 一種工具以提供一個被使用 曾雷一 y包含： 的令人滿意參考電壓位置。。十外電塵脈衝參數 16. —種包含申請專利範圍第彳$ 射斷層掃描（PET)系統。 、之衣置的正子發 17. 一種使用申請專利範圍第1項之使用方Ή 發射斷層掃描（ρΕΤ)系統。 法的正子 8 ’種疋里迦瑪射線能量、高峰昧ρ弓芬士 裝置，其具有計數器;減時間常數的 她十數益至少包含一個啟動輸入端及一脖田止手；先 :二广由正子發射斷層掃描(ρ : 士之電屋脈衝在到達-參考電Μ之上升邊緣 々考電屡之下降邊緣間的時間間距數位化，其包達參 第紀錄盗用以儲存於啟動輸入端接收到的第一個上 31 1313758 升邊緣出現之系統記錄時間並於整個允許期間内維持 不變；以及 第二記錄器用以儲存當在允許期間内出現於停止輸入 端的一上升邊緣時之系統記錄時間，如此該計數器之輸 出等於儲存在該第一與第二記錄器間之系統記錄時間 的差異。

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