基于线性光电器件的PET闪烁脉冲数字化方法研究

发布时间：2018-05-12 22:22

本文选题：正电子断层扫描 + 数字化采样　；参考：《华中科技大学》2012年博士论文

【摘要】：正电子断层扫描（Positron Emission Tomography，PET）是一种非侵入性的功能成像设备，能够无创、定量、动态的评估活体内各种器官的代谢水平、生化反应、功能活动和灌注，在肿瘤、心血管、神经系统等疾病的临床诊断，以及相关疾病的病理学研究、药理学研究、药物开发等研究领域发挥这巨大的作用。为了进一步提高PET图像质量，高计数能力、高分辨率性能是PET仪器发展的趋势。传统PET数据获得系统都是基于模拟技术实现的，由于数据获得过程中大量的积分电路，严重的限制着PET系统计数率的提高。此外，模拟电路抗干扰能力较弱，容易受到温度等外界环境的干扰，且由于PET系统中数据处理通道数目众多，使得基于模拟技术的PET系统性能难以维护。由于数字系统能够实现流水线的处理结构，并具有较强的抗干扰能力，基于数字化技术的PET数据获得系统实现，是近几年PET设备开发的热点问题之一。但由于PET探测器产生的闪烁脉冲速度很快，目前主流的基于LSO/LYSO闪烁晶体的PET探测器输出的闪烁脉冲，上升时间约2～10ns，下降沿余辉时间常数40～50ns，使用ADC直接对闪烁脉冲采样，则要求ADC具备很高的采样率。这使得开发数字化的PET数据获得系统变得十分困难。本文针对PET探测器闪烁脉冲，研究了利用数字化采样方法直接数字化闪烁脉冲，以及数字化脉冲处理方法获取闪烁脉冲的时间信息、能量信息、位置信息。全面、系统地研究了基于传统ADC对闪烁脉冲直接采样的数据获得方法，并评估了ADC采样率、ADC工作模式、数值积分区间等多种因素分别对获取闪烁时间、能量、位置信息的影响。同时，本文研究了基于多阈值（Multi-Voltage Thresholds，MVT）采样方法直接数字化PET闪烁脉冲的数据处理方法，分别获取PET闪烁脉冲的时间信息、能量信息和位置信息。全面的评估了阈值个数、阈值电压设置等因素分别对获取脉冲时间信息、能量信息和位置信息的影响。并根据多阈值采样获取闪烁脉冲采样点的特点，分别针对获取脉冲能量信息提出了下降沿误差校正的改进处理方法，和针对位置信息获取的低幅值阈值设置方法，能够更准确的获取PET闪烁脉冲信息，更一步完善了基于多阈值采样的PET闪烁脉冲信息获取方法。本文提出了一种新颖的堆积事件数字化处理方法（DiSER方法）。该方法能够从数字闪烁脉冲中，甄别出堆积事件脉冲，并依据闪烁脉冲模型，依次重建出堆积事件中各个单次事件脉冲。进而各个单次事件的信息，包括能量、时间、位置等，可以从重建的脉冲中获取。实验证明，DiSER方法能够在计数率高达7MCPS（Mega-Counts per Second, MCPS）的情况下，能够较好的恢复堆积事件中各个单次事件的能量信息和时间信息；能够在计数率高达11MCPS的情况下，能够较好的恢复各个单次事件的位置信息，获得没有伪位置点的位置谱。实验同时证明了，DiSER方法能够在高计数率的情况下，，显著的提高符合计数率。
[Abstract]:positron emission tomography ( PET ) is a non - invasive functional imaging device capable of evaluating the metabolic level , biochemical reaction , functional activity and perfusion of various organs in vivo without wound , quantitative and dynamic , and plays an important role in the clinical diagnosis of diseases such as tumor , cardiovascular system and nervous system , pathological study of related diseases , pharmacological research , drug development and the like .

In order to further improve PET image quality , high counting capability and high resolution performance are the trend of PET instrument development . The traditional PET data acquisition system is based on analog technology . Because of the large number of data processing channels in PET system , the performance of PET system is difficult to maintain due to the large number of data processing channels in PET system .

In this paper , the method of obtaining the time information , energy information and position information of the scintillation pulse is studied by means of the digital sampling method . The data processing method based on the multi - threshold sampling method is used to obtain the time information , energy information and position information of the scintillation pulse .

This paper presents a novel method for digital processing of accumulation events ( DiSER method ) . The method is able to select the pulse of accumulation events from the digital scintillation pulse , and then reconstruct the pulse of each single event in the stacking event according to the scintillation pulse model . The information of each single event , including energy , time , position and so on , can be obtained from the reconstructed pulse .
Experiments prove that the DiSER method can remarkably improve the coincidence counting rate in the case of high count rate .

【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R814.42

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