TWI460459B

TWI460459B - 一種放射偵檢信號之處理方法

Info

Publication number: TWI460459B
Application number: TW102138918A
Authority: TW
Inventors: Sheng Pin Tseng; Ming Lee Chu; Meei Ling Jan
Original assignee: Iner Aec Executive Yuan
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2014-11-11
Also published as: US20150115167A1; TW201516444A; US9285486B2

Description

一種放射偵檢信號之處理方法

本發明係有關一種放射偵檢信號之處理方法，尤指一種將積分器電容充放電的控制信號改由週期信號控制，無需依事件之觸發時間來控制積分器電容開始充電及放電之時間，可防止以延遲元件延遲觸發信號來控制電容充電及放電時間時，若解析度不足所造成積分結果之誤差。

正子斷層造影(Positron Emission Tomography，PET)，是近二十年來醫療科技的重要技術，它與傳統核子醫學檢查一樣，均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(癌)細胞大量吸收，接著在正子衰變過程中，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。

正子攝影系統之事件計數率(Count Rate)是系統整體效能相當重要的一部分，高計數率可以縮短造影時間，在短時間內即可獲得足夠的數據。由於檢查的時間縮短，一方面使病人對正子檢查的接受度提升，不必忍受身處於正子造影機上長時間不能動之苦，另一方面可以增加正子影像之檢查人數，增加醫院購置正子攝影儀之意願。

正子攝影儀探頭內部之閃爍晶體與光電轉換元件(如光電倍增管)將光信號轉變為電信號後，經過一判讀電路產生數個可判斷入射光子能量與位置之信號，之後將這些信號利用積分電路之電容充電來判斷其能量之數值，這些數值再經由運算得到入射光子之實際能量與事件發生的位置。但積分器電容在充電之後必須經由放電才可再次處理下一個事件，若事件率高時，事件發生於積分電路放電時，該筆事件就會被遺漏掉，使得計數率下降。

一般習知技術泰半使用多個積分電路減少無感時間(Dead Time)之電路架構如圖1所示(以二個積分器為例)，以一控制單元11藉由一事件觸發信號，產生對應之積分器電容充放電控制信號及多工器控制信號，以積分器電容充放電控制信號來決定使用第一積分器12或第二積分器13來對輸入信號進行積分或積分完畢之放電動作，之後利用該控制單元來依照目前所使用積分器以輸出多工器14控制信號，選擇來自第一積分器12或第二積分器13之信號來作輸出。習知技術為依照時間先後依序交互使用此二積分器(12、13)來控制積分器電容充電及放電之控制信號時序如圖2所示。可以發現其週期非固定，是由事件發生時間來決定，所以必須精準控制開始積分之時間，電路架構與控制方式較為複雜。

基於解決以上所述習知技藝的缺失，本發明為一種放射偵檢信號之處理方法，其主要目的為提出以一週期信號控制積分器電容充放電之方法，以計算一事件(Event)發生時加馬光入射光子之能量大小，同時降低無感時間(Dead Time)，提高計數率。本發明將積分器電容充放電的控制信號改由週期信號控制，無需依事件之觸發時間來控制積分器電容開始充電及放電之時間，可防止以延遲元件延遲觸發信號來控制電容充電及放電時間時，若解析度不足造成積分結果之誤差。

為達上述目的，本發明一種放射偵檢信號之處理方法，其係包括有下列步驟：a.一加馬光事件發生，加馬光進入一儀器之偵檢探頭；b.一光電轉換裝置將該加馬光進行光電轉換成至少一電子信號； c.將該電子信號輸入一時間鑑別器，以獲得一事件時間資訊；d.該電子信號同時輸入至少二個以上之積分器進行積分，一控制單元輸出至少兩個以上波形相容但相位不同之週期信號控制該至少二個以上的積分器對輸入之該電子信號進行反覆積分及放電；以及e.所有積分器將處理結果輸出至一多工器，由該控制單元接收該事件時間資訊，比較各週期控制信號與該事件時間資訊之資料後，該控制單元輸出一控制信號控制多工器，選擇其中一個積分器處理結果做一輸出。

較佳者，該步驟e之控制單元的選擇方法為若該加馬光事件之該電子信號自起始到結束未落於該些積分器中至少一個積分器之放電區間，則該多工器選取該些積分器其中之一積分器之積分結果作為該多工器之輸出。

較佳者，該步驟b更係包括一信號基線復位處理。

較佳者，該信號基線復位處理係為利用一信號基線復位處理器所完成。

較佳者，該光電轉換裝置係指一光電倍增管。

較佳者，該儀器係指一正子斷層造影儀或一單光子斷層造影儀。

本專利技術特點為：

1.採用特殊的控制方法，以降低放射偵檢信號進入積分電路時，在電容放電期間無法處理訊號而造成計數率之損失。

2.積分器的控制信號改由週期信號控制，無需依事件之觸發時間來控制積分器電容開始充電及放電之時間，控制方式與電路架構較為簡單。。

3.可防止以延遲元件延遲觸發信號來控制電容充放電時間時，若解析度不足造成積分結果之誤差。

為進一步對本發明有更深入的說明，乃藉由以下圖示、圖號說明及新型詳細說明，冀能對貴審查委員於審查工作有所助益。

11‧‧‧控制單元

12‧‧‧第一積分器

13‧‧‧第二積分器

14‧‧‧多工器

21‧‧‧低雜訊放大器

22‧‧‧變量增益放大器

23‧‧‧信號基線復位器

24‧‧‧時間鑑別器

25‧‧‧控制單元

251‧‧‧週期信號產生器

26‧‧‧第一積分器

27‧‧‧第二積分器

28‧‧‧多工器

31‧‧‧一加馬光事件發生，該加馬光進入一儀器之一偵檢探頭

32‧‧‧該偵檢探頭內之一光電轉換及一處理裝置將該加馬光轉換及處理成至少一電子信號

33‧‧‧該電子信號同時輸入二個以上之積分器進行積分，由一控制單元輸出至少兩個以上波形相同但相位不同之週期信號，控制各個積分器依照該週期信號，週期性地對該電子信號進行積分與放電動作，該些積分器將處理結果輸出至一多工器

34‧‧‧將該電子信號輸入一時間鑑別器，以獲得一事件時間資訊

35‧‧‧該控制單元接收該事件時間資訊，比較該時間資訊與該至少二個以上不同相位之週期信號時間上相對關係後，該控制單元輸出一控制信號控制該多工器，選擇其中一個積分器處理結果做為該多工器之輸出

圖1係為習知放射偵檢信號處理裝置之功能方塊圖；圖2係為習知裝置之二積分器來控制充電及放電之控制信號時序圖；圖3係為本發明放射偵檢信號處理裝置之功能方塊圖；圖4係為本發明裝置之二積分器來控制充電及放電之時序圖；圖5係為本發明裝置之二積分器來控制充電及放電之控制信號時序圖；圖6係為本發明放射偵檢信號之處理方法流程圖。

茲配合下列之圖式說明本發明之詳細結構，及其連結關係，以利於貴審委做一瞭解。

請參閱圖3所示，係為本發明放射偵檢信號處理裝置之功能方塊圖，本發明之裝置採用類比信號做處理，其中電路架構包括有：一低雜訊放大器21、一可變增益放大器22、一信號基線復位器23、一時間鑑別器24、一控制單元25、一第一積分器26、一第二積分器27及一多工器28。該控制單元更係包括有一週期信號產生器251，該週期信號產生器251用以產生至少一個以上週期信號，該週期信號用以控制第一積分器26及第二積分器27積分電容充電和放電之作動。本發明所揭露電路與習用技術相較，二積分器(26、27)的積分電容充放電控制信號改由週期信號控制即可，且與事件觸發時間無關，無須精準控制開始積分之時間，控制方式與電路架構較為簡單。

週期信號之規則如圖4、5所示，大區域為積分電容充電區間，小區域為放電區間，積分時間T1與放電時間T2固定，第一周期信號與第二周期信號僅存在一相位差，在兩個積分器的情形下，相位差約為180度(360/2)，三個積分器的情形下，相位差約為120度(360/3)，以此類推。多工器控制信號由控制單元產生，依照事件觸發信號的時間來決定多工器選取第一積分器或第二積分器所輸出之信號。例如，若進入積分器之放射偵檢信號若未落於第一積分器之積分電容放電區間，則多工器選取第一積分器之輸出。同理，若未落於第二積分器之積分電容放電區間，則選取第二積分器之輸出。

請參閱圖6所示，係為本發明放射偵檢信號之處理方法流程圖，係包括有下列步驟：31~一加馬(γ)光事件發生，加馬光進入一儀器之偵檢探頭，該儀器係指一正子斷層造影儀(PET)或一單光子斷層造影儀(SPECT)。

32~一光電轉換裝置將該加馬光轉換成至少一電子信號，其做法為利用一偵檢探頭中之材料、光電轉換元件(如：光電倍增管)及電路，將該加馬光轉為單一或複數個電子信號。

33~將該電子信號經過一低雜訊放大器、一可變增益放大器及一信號基線復位處理器之處理；該信號基線復位處理係為利用一信號基線復位處理器(Signal Baseline Restoring)所完成。

34~將該電子信號做一處理，以獲得一事件時間資訊，該處理係為利用一時間鑑別器(Timing Discriminator)所完成。

35~一控制單元(Control Unit)接收該事件時間(Timing)資訊，該控制單元比較至少二個以上積分器，積分與否之週期控制信號與該事件時間資訊之資料，比較方法為比較該加馬光事件之該電子信號自起始到結束未落於該些積分器中至少一個積分器之積分電容之放電區間。上述至少二個以上積分器，該些積分器以波形相同但相位不同的週期信號來控制積分器的積分(電容充電)與放電。(在兩個積分器的情形下，相位差約為180度(360/2)，三個積分器的情形下，相位差約為120度(360/3)，以此類推)。該些積分器將處理結果輸出至一多工器，該多工器並接受該控制單元的一控制信號做控制，選擇該些積分器中其中一個積分器處理結果做為該多工器之輸出。最後該多工器之輸出亦可減去一定值作為直流偏移(DC Offset)之校正之用，再經由換算得到該電子信號或該些電子信號之能量大小。

藉由上述圖3至圖6之揭露，即可瞭解本發明為一種放射偵檢信號之處理方法，主要為提出以一週期信號控制積分器之方法，以計算一事件(event)發生時加馬光入射光子之能量大小，並降低無感時間(dead time)，提高計數率，本發明將積分器的控制信號改由週期信號控制，無需依事件之觸發時間來控制積分器電容開始充電及放電之時間，可防止以延遲元件延遲觸發信號來控制電容充放電時間時，若解析度不足造成積分結果之誤差，具有節省製造成本及提昇檢測結果具有明顯的效果，故提出專利申請以尋求專利權之保護。

綜上所述，本發明之結構特徵及各實施例皆已詳細揭示，而可充分顯示出本發明案在目的及功效上均深賦實施之進步性，極具產業之利用價值，且為目前市面上前所未見之運用，依專利法之精神所述，本發明案完全符合新型專利之要件。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

Claims

一種放射偵檢信號之處理方法，其係包括有下列步驟：a.一加馬光事件發生，該加馬光進入一儀器之一偵檢探頭；b.該偵檢探頭內之一光電轉換及一處理裝置將該加馬光轉換及處理成至少一電子信號；c.該電子信號同時輸入二個以上之積分器進行積分，由一控制單元輸出至少兩個以上波形相同但相位不同之週期信號，控制各個積分器依照該週期信號，週期性地對該電子信號進行積分與積分電容放電動作，該些積分器將處理結果輸出至一多工器；d.將該電子信號輸入一時間鑑別器，以獲得一事件時間資訊；e.該控制單元接收該事件時間資訊，比較該時間資訊與該至少二個以上不同相位之週期信號時間上相對關係後，該控制單元輸出一控制信號控制該多工器，選擇其中一個積分器處理結果做為該多工器之輸出。
如申請專利範圍第1項所述之放射偵檢信號之處理方法，其中該步驟e之控制單元的選擇方法為，比較該加馬光事件之該電子信號自起始到結束之區間及該些積分器之放電區間，若該加馬光事件之該電子信號自起始到結束未落於該些積分器之其中一個積分器之放電區間，則該多工器選取該積分器之積分結果作為該多工器之輸出。
如申請專利範圍第1項所述之放射偵檢信號之處理方法，其中該步驟b之該光電轉換及該處理裝置係指一光電倍增管。
如申請專利範圍第1項所述之放射偵檢信號之處理方法，其中該步驟b之該光電轉換及該處理裝置係指一低雜訊放大器。
如申請專利範圍第1項所述之放射偵檢信號之處理方法，其中該步驟b之該光電轉換及該處理裝置係指一變量增益放大器。
如申請專利範圍第1項所述之放射偵檢信號之處理方法，其中該步驟b之該光電轉換及該處理裝置係指一信號基線復位器。
如申請專利範圍第1項所述之放射偵檢信號之處理方法，其中該控制單元更係包括有一週期信號產生器，該週期信號產生器用以產生至少一個以上週期信號，該週期信號用以控制該積分器之作動。
如申請專利範圍第1項所述之放射偵檢信號之處理方法，其中該儀器係指一正子斷層造影儀或一單光子斷層造影儀。