TWI512315B - 加馬成像探頭位置信號處理方法 - Google Patents

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Description

加馬成像探頭位置信號處理方法
本發明係一種加馬成像探頭位置信號處理方法，特別是具有整合信號的分享、交接區域內發生的事件可被正確地保留下位置資訊、以及避免成像區域不連續問題的一種加馬成像探頭位置信號處理方法。
加馬成像偵檢器設計是採用閃爍晶體矩陣耦合於光電倍增元件或矩陣，是為點矩陣(pixelated)形式，再經由專用之讀出電路，讀出入射事件位於整個成像偵檢器的X、Y位置與能量E。
一實用性高的成像探頭，需具備可涵蓋整個待測物的幾何特性，但受限於單一光電倍增元件尺寸大小，成像偵檢器的可偵測面積也隨著受限，為了克服這個限制，需將複數個獨立的成像偵檢器，組合成一個大面積的成像探頭。然而當組合成大面積成像探頭時，如圖5所示，係二成像偵檢器合併之測試設置，兩兩相鄰的成像偵檢器，在交接的區域會因著電訊號不分享，導致於此區域上，如圖8所示，晶陣中晶粒響應位置失真扭曲，造成預期的大成像區域中，出現了斷開不連續問題，如圖6所示，係未使用本方法時之測得晶體圖，會嚴重降低成像探頭的實用性。
為了解決上述因合併所產生晶體響應位置不連續問題，習用技術是將兩兩相鄰加馬成像偵檢器的讀出電路作串接，亦即是將此多個獨立的成像偵檢器，串聯成一更大的成像偵檢器，由於信號的分享，交接區域內發生的事件可被正確地保留下位置資訊，確實可解決全成像區域不連續問題；但此解決方法會使得單一成像偵檢器面積過大，短時間發生多事件的機率大增，導致信號堆疊 發生而造成過多的無感時間(Dead Time)，嚴重降低成像探頭的反應靈敏度。除此之外，讀出電路中過多的通道串聯，亦使得權重電路信雜比降低而嚴重影響訊號品質。習用串聯做法將導致成像探頭最終的靈敏度與解析度劣化，進而影響影像儀器的性能。
本發明提供一種加馬成像探頭位置信號處理方法，此專利特色在於：
(1)將複數個加馬成像偵檢器合併成一大面積成像探頭時，仍保有每一成像偵檢器之讀出電路獨立性，可有較佳的反應靈敏度與較高的信雜比的優點。
(2)全成像區域晶體位置響應(即探頭有效區域)可保持連續不間斷及均勻解析，如圖7所示，係應用本方法時測得之晶體圖。
(3)實際在線(on-line)運作時，僅為簡單之加、乘運算，可以韌體形式置於硬體系統(後端數位處理模組)達成。
(4)不增加軟體端負荷與原始資料(list-mode data)儲存量，降低儀器維護複雜度。
本發明係一種加馬成像探頭位置信號處理方法，此處所提加馬成像探頭係由複數個具獨立輸出電路的成像偵檢器合併而成；各成像偵檢器之讀出電路具有相同設計架構，此架構將一偵檢器中各通道信號以分流或複製方式投射至x與y二方向的分支，二方向的各分支信號再依各自的權重模型G去加乘簡併為每一方向各二個具位置資訊的信號，即X+ 、X- 、Y+ 與Y- 。在此另定義各偵檢器成像區域為一矩形，於x與y方向上各自有L個與N個分支， 故權重模型為，，，以及，以上為本發明實施 的必要條件。
本發明的實施分為二階段，第一階段是估算模型建立階段，第二階段則是使用階段。
本發明第一階段的估算模型建立階段，估算模型建立階段分為四步驟，首先步驟是原始信號量回推，當偵檢器沿x方向合併、 數量為l 個，如圖1所示，需本方法修正之事件必產生於二成像偵檢器的合併交接處，即第m個與第(m+1)個偵檢器交接處，此處m=1.....l -1；亦即信號同時發生於第m個偵檢器的第L分支，與第(m+1)個偵檢器的第1分支，則m偵檢器第L分支之原始信號量為，而(m+1)偵檢器第1分支之原始信號量為
第二步驟是建立虛擬合併讀出電路的權重模型，依據原讀出電路的權重設計規則，推導為合併l 個偵檢器的權重模型
第三步驟是估算虛擬電路中二目標分支之新加權信號量，即二目標分支之原始信號量與虛擬電路權重之乘積，i.e.
第四步驟則是建立虛擬合併電路最終位置信號，對原二偵檢器各四個位置信號量之算數關係；令虛擬電路之輸出信號量為X+ 、X- 、Y+ 與Y- ，而二目標偵檢器之類比數值轉換器(ADC)輸出信號量為X+ m 、X- m 、Y+ m 、Y- m 、X+ (m+1) 、X- (m+1) 、Y+ (m+1) 與Y- (m+1) ，沿合併方向的虛擬電路信號量為 而非合併方向的虛擬信號量即為二偵檢器原信號量總合，即Y+ =Y+ m +Y+ (m+1) ，Y- =Y- m +Y- (m+1) 。 將前三步驟結果代入，可得
依相同方法，當n個成像偵檢器沿y方向併，如圖2所示，對第k個與第(k+1)個偵檢器合併處事件的估算模型為(k=1......n-1)：
一特殊情形，是當待修正事件發生在任四個偵檢器交接的角落處，如圖3所示，在一由l ×n個成像偵檢器所組成的探頭中，事件發生在沿x方向第m與第(m+1)欄，沿y方向第k與第(k+1)列等四個偵檢器合併交接的角落。其中m=1......l -1，而k=1......n-1。依前述方法，虛擬電路位置信號量的估算模型為： 其中[R1 R2 ...R8 ]與(2)相同，[R9 R10 ...R16 ]與(4)相同，至此階段一的估算模型建立完成。
本發明的第二階段則是使用階段，此處是將前一階段，即第一階段的估算模型建立階段所建立的估算模型，實際應用於探頭中、跨偵檢器事件之修正。步驟上如圖4所示，第一步驟是事件篩選；當探頭中發生加馬反應事件時，探頭會送出觸發通知、位置信號量與總信號能量。理想狀況是僅有探頭中的一個偵檢器發出觸發通知，但若是發生了待修正的跨偵檢器(即交接處)事件，則會有多個(二~四個)偵檢器發出觸發通知，此時就以總信號能量最大的一個偵檢器為判斷的依據。將該偵檢器之x方向之位置信號量做一比值X+ /X- ，判斷此比值是否大於限值TX+ 或小於限值TX- ；TX+ 與TX- 是由各偵檢器讀出電路之權重決定，，；若X+ /X- >TX+ 成立，則表示 發生了x方向的跨偵檢器事件，並由此偵檢器觸發通知的位置編號，可知其位於全偵檢器矩陣中的欄位m，其X+ 方向相鄰的下一個偵檢器則為(m+1)；若X+ /X- <TX- 成立，則表示發生了x方向的跨偵檢器事件，此偵檢器的欄位定為(m+1)，其X- 方向相鄰的前一偵檢器定為m。同樣的做法，y方向亦是由Y+ /Y- 比值做為判 斷依據。此時，；若Y+ /Y- >TY+ 成立， 則表示發生了y方向的跨偵檢器事件，此偵檢器之列位定為k，其Y+ 方向相鄰之下一個偵檢器為(k+1)；若Y+ /Y- <TY- 成立，則表示發生y方向的跨偵檢器事件，此偵檢器之列位定為(k+1)，其Y- 方向相鄰之前一個偵檢器定為k。
第二步驟則是依上步驟判斷的結果，將需修正的跨偵檢器事件，以第一階段建立的虛擬電路估算模型修正，發生於x方向，就以式(1)、(2)計算，發生於y方向，就以式(3)、(4)計算，若x與y方向之判斷式皆成立，表示事件發生於四偵檢器之角落交接處，即以式(5)、(2)、(4)修正之。至於第一步驟中判斷式皆不成立，無跨偵檢器的事件，即依其於探頭(偵檢器矩陣)中的相對位置(m,k)，線性對應(mapping)其位置信號量至全探頭中的位置，此處為 簡單的習用技術，非本發明所著墨。
最後一步驟則是將所有事件之位置信號量，不論是否有發生跨偵檢器情況，都送入後端數位資料處理器做彙整。
圖1l 個成像偵檢器沿x方向合併。
圖2 n個成像偵檢器沿y方向合併。
圖3l ×n個成像偵檢器中任四個交接。
圖4 加馬成像探頭位置信號處理方法的示意圖。
圖5 二成像偵檢器合併之測試設置。
圖6 未使用本方法時之測得晶體圖。
圖7 應用本方法時測得之晶體圖。
圖8 四個成像偵檢器合併之區域示意圖。
本發明之一實施例，如圖5所示；二成像偵檢器(Det A與Det C)沿y方向合併，每一偵檢器具有相同且獨立之讀出電路，在x方向具有16信號分支(L=16)，在y方向具有12信號分支(N=12)，再依各自的權重電路簡併為X+ 、X- 、Y+ 、Y- 四個位置信號；其y方向之權重模型為 而合併列為k=1(i.e.Det A)與(k+1)=2(i.e.Det C)。另外虛擬合併電路的權重模型則可直覺地推導為 因此依據Det A與Det C的八個位置信號量、、、、、、、，所建立之虛擬電路估算位置信號量模型為： 於二偵檢器交接處佈有連續的晶陣二個，如圖5所示；在未使用本發明的方法時，由二維晶體圖可以發現，位於交接處上方的晶粒，並未能正確響應，如圖6所示，造成全成像區域的利用率降低(是預期中的損失)。而在應用上本方法修正後，二偵檢器交接處上方的晶粒即可於二維晶體圖中，正確的響應出來，如圖7所示，可預期全成像區域為完整、連續且一致性的高解析。
上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

Claims (9)

  1. 一種加馬成像探頭位置信號處理方法，其係包括：第一階段的估算模型建立階段；以及第二階段的使用階段；其中，加馬成像的一探頭，係由複數個具獨立讀出電路的成像的一偵檢器合併而成；各成像的該偵檢器的讀出電路，具有相同架構，將成像的該偵檢器中，各通道信號以分流或複製方式投射至x與y二方向的分支，x與y二方向的各分支信號，再依各自的權重模型G，去加乘簡併為每一方向各二個具位置資訊的信號，即X+ 、X- 、Y+ 與Y- ，各成像的該偵檢器成像區域為一矩形，於x與y方向上各自有L個與N個分支，故權重 模型為、、、以及。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之加馬成像探頭位置信號處理方法，其中第一階段的估算模型建立階段的方法，係該探頭、該偵檢器、以及權重電路規格的確定，其步驟包括：各該偵檢器未加權之原始信號回推；一虛擬電路之權重模型建立；該虛擬電路中各交接區域兩側之分支加權信號估算；該虛擬電路之位置信號量估算模型建立。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之加馬成像探頭位置信號處理方法，沿x項合併l 個該偵檢器時，其各該偵檢器未加權之原始信號回推的步驟，係修正之事件必產生於二成像的該偵檢器的合併交接處，即第m個與第(m+1)個的該偵檢器交接處，其中m=1.....l -1；亦即信號同時發生於第m個的該偵檢器的第L分支，與第(m+1)個的該偵檢器的第1分支，則第m個的該偵檢 器的第L分支之原始信號量為，其中與為第 m個的該偵檢器經由一類比數值轉換器(ADC輸出的x方向信號量，而第(m+1)個的該偵檢器的第1分支之原始信號量為，其中與是為第(m+1)個該偵 檢器經由該類比數值轉換器(ADC)輸出的x方向信號量。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之加馬成像探頭位置信號處理方法，其中，該虛擬電路之權重模型建立的步驟，係依據原讀出電路的權重設計規則，推導為沿x方向合併l 個的該偵檢器的權重模型：
  5. 如申請專利範圍第2項所述之加馬成像探頭位置信號處理方法，其中該虛擬電路裡各交接區兩側之分支加權信號估算的步驟，係二目標分支之原始信號量與該虛擬電路中橫跨目標區之二權重值之乘積，包括：
  6. 如申請專利範圍第2項所述之加馬成像探頭位置信號處理方法，其中該虛擬電路之位置信號量估算模型建立的步驟，係建立虛擬合併電路最終位置信號，對原二個該偵檢器的各四個位置信號量之算數關係；使虛擬電路之輸出信號量為X+ 、X- 、Y+ 與Y- ，而二目標的該偵檢器之輸出信號量為X+ m 、X- m 、Y+ m 、Y- m 、X+ (m+1) 、X- (m+1) 、Y+ (m+1) 與Y- (m+1) ，沿合併方向的該虛擬電路信號量為 非合併方向的虛擬信號量，即為兩個該偵檢器原信號量總合，即Y+ =Y+ m +Y+ (m+1) ，Y- =Y- m +Y- (m+1) 。將各該偵檢器未加權之原始信號回推步驟、該虛擬電路之權重模型建立步驟、以及該虛擬電路之各分支加權信號估算步驟，的前三個步驟結果代入，可得l 個成像的該偵檢器沿x方向合併的公式： 公式(1)與公式(2)即為第一階段的估算模型建立階段步驟中，l 個成像的該偵檢器沿x方向合併所建立之估算模型；其中，n個成像的該偵檢器沿y方向合併的公式：係對第k個與第(k+1)個的該偵檢器合併處事件的估算模型為(k=1......n-1)： 公式(3)與公式(4)即為第一階段的估算模型建立階段步驟中，n個成像該偵檢器沿y方向合併所建立之估算模型；以及其中，l ×n個成像的該偵檢器，當待修正事件發生在任四個 該偵檢器交接的角落處的合併的公式，由l ×n個成像的該偵檢器所組成的該探頭中，事件發生在沿x方向第m與第(m+1)欄，沿y方向第k與第(k+1)列等四個該偵檢器合併交接的角落，其中m=1......l -1，而k=1......n-1，該虛擬電路位置信號量的估算模型為： 其中[R1 R2 ...R8 ]與公式(2)相同，[R9 R10 ...R16 ]與公式(4)相同。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之加馬成像探頭位置信號處理方法，其中，第二階段的使用階段的方法，其係將第一階段的估算模型建立階段所建立的估算模型，使用於該探頭中、跨該偵檢器事件之修正，其中，第二階段的使用階段的方法，包括：步驟1：使用來自該探頭的觸發通知、位置信號量、與信號總能量，以最大能量該偵檢器的X+ /X- 、以及Y+ /Y- 比值，對限值TX+ 、TX-、 TY+、 以及TY- 做比較，判斷是否發生跨該偵檢器事件，再以觸發通知來決定目標的該偵檢器之(欄、列)位(m,k)；步驟2：若發生跨該偵檢器事件，使用第一階段的估算模型建立階段的方法中，發生於x方向、發生於y方向、以及事件發生於四個該偵檢器之角落交接處，做估算修正；步驟3：若沒有發生跨該偵檢器事件，依其於該探頭於該偵檢器矩陣中的相對位置(m,k)，線性對應其位置信號量至全部該探頭中的位置；步驟4：使用一數位資料處理器，將步驟2、以及步驟3中的資料整合成加馬成像的該探頭位置信號處理。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之加馬成像探頭位置信號處理方法，其中，第二階段的使用階段的方法的步驟1，係當探頭中發生加馬反應事件時，探頭會送出觸發通知、位置信號量與總信號能量；若是僅有該探頭中的一個該偵檢器發出觸發通知，但若是發生了待修正的跨該偵檢器事件，即交接處事件，則會有多個該偵檢器(二~四個)發出觸發通知，此時就以總信號能量最大的一個該偵檢器為判斷的依據；將該偵檢器之x方向之位置信號量做一比值X+ /X- ，判斷，X+ /X- 比值是否大於限值TX+ 或小於限值TX- ；TX+ 與TX- 是由各該偵檢器讀出電路之權重 決定，，； 若X+ /X- >TX+ 成立，則表示發生了x方向的跨該偵檢器事件，並由該偵檢器觸發通知的位置編號，可知其位於全部的該偵檢器矩陣中的欄位m，其X+ 方向相鄰的下一個該偵檢器則為(m+1)；若X+ /X- <TX- 成立，則表示發生了x方向的跨該偵檢器事件，該偵檢器的欄位定為(m+1)，其X- 方向相鄰的前一該偵檢器定為m； y方向是由Y+ /Y- 比值做為判斷依據，其中， 若Y+ /Y- >TY+ 成立，則表示發生了y方向的跨該偵檢器事件，該偵檢器之列位定為k，其Y+ 方向相鄰之下一個該偵檢器為(k+1)；以及若Y+ /Y- <TY- 成立，則表示發生y方向的跨該偵檢器事件，該偵檢器之列位定為(k+1)，其Y- 方向相鄰之前一個該偵檢器定為k。
  9. 如申請專利範圍第7項、以及第6項所述之加馬成像探頭位置信號處理方法，其中第二階段的使用階段的方法的步驟2，係依步驟1判斷的結果，將需修正的跨該偵檢器事件，以第一階段的估算模型建立階段的方法中，該虛擬電路估算模型修正，包括： 發生於x方向，以公式(1)、(2)計算修正；發生於y方向，以公式(3)、(4)計算修正；以及若x與y方向之判斷式皆成立，表示事件發生於四個該偵檢器之角落交接處，即以公式(5)、(2)、(4)計算修正。
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