本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域中的一種信號(hào)校正裝置，更具體地涉及一種數(shù)字pet探測器的增益校正裝置。

背景技術(shù)：

正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(positronemissiontomography，簡稱pet)系統(tǒng)中通常采用大量的探測器，每個(gè)探測器包括相互耦合的閃爍晶體和光電器件，閃爍晶體用以將伽馬光子轉(zhuǎn)換為可見光，光電器件用以將該可見光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過相應(yīng)的電子學(xué)設(shè)計(jì)處理該電信號(hào)后可以獲取到伽馬光子所對應(yīng)的信息，比如到達(dá)時(shí)間，到達(dá)位置以及伽馬光子的能量等。

光電器件作為將可見光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的部件在探測器中尤為重要，目前，應(yīng)用于pet系統(tǒng)中的光電器件主要有光電倍增管、硅光電倍增管(siliconphotomultiplier，簡稱sipm)、多像素光子計(jì)數(shù)器(multi-pixelphotoncounter，簡稱mppc)以及蓋革模式雪崩二極管(geiger-modeavalanchephotodiode，簡稱g-apd)等。上述光電器件普遍存在增益動(dòng)態(tài)范圍變化較大的問題，即使同一型號(hào)的光電器件的增益也并不能很好的保持一致，甚至有時(shí)差異過大。若不采取任何措施而在同一運(yùn)行條件下將上述光電器件組合成為探測器或者應(yīng)用于pet系統(tǒng)中，光電器件增益不均勻的問題將會(huì)造成成像質(zhì)量的惡化。因此，實(shí)際使用中需要對光電器件的增益進(jìn)行校正。

目前，對光電器件的增益進(jìn)行校正的方法主要有以下幾種。第一種，由于光電器件的增益受到多種因素的影響，比如供電電壓和工作溫度，因此，可以根據(jù)供電電壓、工作溫度或者光電器件的增益與相應(yīng)的響應(yīng)曲線的關(guān)系更改工作電壓以進(jìn)行增益校正，從而確保光電器件的增益的一致性。第二種，使用發(fā)光二極管網(wǎng)絡(luò)完成光電器件的增益校正(參考文獻(xiàn)hongdili,yaqiangliuetal.aninstantaneousphotomultipliergaincalibrationmethodforpetorgammacameradetectorsusinganlednetwork)，其采用一個(gè)發(fā)光二極管置于光電器件的縫隙中，通過該縫隙發(fā)出的光進(jìn)入晶體然后分散于光電器件上，最后結(jié)合相關(guān)算法完成增益調(diào)整。第三種，選擇一批光電器件，將其中的某一個(gè)作為標(biāo)樣，將剩余的光電器件同標(biāo)樣進(jìn)行增益比對，然后通過調(diào)節(jié)光電器件各自電壓的方式以確保增益的一致性，從而保證增益的整體均一性。第四種，采用比較器對多路光電器件的增益進(jìn)行大致判斷，然后使用不同閾值以確保增益的整體均一性(參考文獻(xiàn)m.streun,u.chavan,etal.treatingthegainnon-uniformityofmultichannelpmtsbychannel-specifictriggerlevels)。

然而，第一種方法和第三種方法適用于單個(gè)光電器件組成的系統(tǒng)，若光電器件增多，則需要控制或者校正的單元也相應(yīng)增多，由于每個(gè)光電器件所需校正的工作電壓不盡相同，采用單一供電電壓并不能滿足所有的增益一致性需求，同時(shí)在搭建系統(tǒng)時(shí)光電器件的供電也將變得十分復(fù)雜，對于采用光電倍增管的系統(tǒng)還需要500～1000v的高壓，其可拓展性低。

對于第二種方法，由于現(xiàn)有的探測器多采用位置敏感型光電倍增管、sipm或者mppc陣列，其光電器件的縫隙較窄，有時(shí)甚至窄到不足以放置發(fā)光二極管，即使將發(fā)光二極管勉強(qiáng)放置于其中，最終的效果也不盡如人意。

對于第四種方法，當(dāng)其應(yīng)用到pet探測器或者pet系統(tǒng)的時(shí)候，效果并不十分理想。若每一路光電器件均可根據(jù)其增益改變工作電壓，為了保持穩(wěn)定性，對于數(shù)量繁多的光電轉(zhuǎn)換器件，需要提供大量相應(yīng)的可變電壓的電源，整個(gè)pet系統(tǒng)將會(huì)變得十分復(fù)雜龐大，不易后期維護(hù)。同時(shí)，該方法中的每一個(gè)光電器件均需要一個(gè)閾值，其后端電路處理繁冗復(fù)雜并且不易拓展。

因?yàn)楣怆娖骷谝欢ǖ脑鲆娣秶鷥?nèi)都能具有良好的性能，那么綜上，為pet探測器尋找一種簡便有效并且拓展性高的方法十分必須。本發(fā)明提出了一種在探測器上針對于同一工作參數(shù)下對多個(gè)同一種類光電器件進(jìn)行增益自適應(yīng)的裝置，以使得其所有信號(hào)的增益保持在一個(gè)大致的范圍區(qū)間，增加探測器的穩(wěn)定性，均一性以及強(qiáng)適配性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字pet探測器的增益校正裝置，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中pet探測器的光電器件的增益校正效果不理想、設(shè)計(jì)復(fù)雜且拓展性不佳的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種數(shù)字pet探測器的增益校正裝置，該增益校正裝置包括光電轉(zhuǎn)換模塊以及增益自適應(yīng)模塊，光電轉(zhuǎn)換模塊與增益自適應(yīng)模塊通信連接并向增益自適應(yīng)模塊發(fā)送閃爍脈沖信號(hào)；增益自適應(yīng)模塊包括增益調(diào)整模塊、溢出判斷模塊和增益設(shè)定模塊，其中，增益調(diào)整模塊與光電轉(zhuǎn)換模塊通信連接以接收并放大閃爍脈沖信號(hào)；溢出判斷模塊與增益調(diào)整模塊通信連接以接收放大的閃爍脈沖信號(hào)，溢出判斷模塊根據(jù)接收到的閃爍脈沖信號(hào)的大小判斷是否存在信號(hào)溢出的情況，當(dāng)閃爍脈沖信號(hào)有信號(hào)溢出時(shí)，溢出判斷模塊向增益調(diào)整模塊發(fā)送調(diào)整信號(hào)以使增益調(diào)整模塊更改閃爍脈沖信號(hào)的放大倍數(shù)；當(dāng)所述閃爍脈沖信號(hào)有信號(hào)溢出時(shí)，所述溢出判斷模塊向所述增益調(diào)整模塊發(fā)送調(diào)整信號(hào)以使所述增益調(diào)整模塊更改所述閃爍脈沖信號(hào)的放大倍數(shù)；當(dāng)閃爍脈沖信號(hào)無溢出時(shí)，與溢出判斷模塊通信連接的增益設(shè)定模塊接收經(jīng)過放大的閃爍脈沖信號(hào)。

增益校正裝置還包括數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊與增益自適應(yīng)模塊的增益設(shè)定模塊通信連接，數(shù)據(jù)采集模塊接收經(jīng)過增益自適應(yīng)模塊處理的閃爍脈沖信號(hào)并對閃爍脈沖信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理。

增益校正裝置還包括上位機(jī)，上位機(jī)與數(shù)據(jù)采集模塊通信連接，上位機(jī)收集經(jīng)過數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)字化處理后的閃爍脈沖信號(hào)，并對閃爍脈沖信號(hào)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析利用以完成圖像重建與圖像分析。

光電轉(zhuǎn)換模塊包括閃爍晶體、光電轉(zhuǎn)換器件以及電路網(wǎng)絡(luò)，閃爍晶體與光電轉(zhuǎn)換器件耦合，閃爍晶體接收伽馬光子并將伽馬光子轉(zhuǎn)換為可見光光子，光電轉(zhuǎn)換器件將可見光光子轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，光電轉(zhuǎn)換器件通過電路網(wǎng)絡(luò)與增益自適應(yīng)模塊通信連接，電路網(wǎng)絡(luò)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為閃爍脈沖信號(hào)。

閃爍脈沖信號(hào)包括相對的快速的上升沿和呈指數(shù)下降的相對的緩慢的下降沿。

光電轉(zhuǎn)換器件為光電倍增管、硅光電倍增管、多像素光子計(jì)數(shù)器或者蓋革模式雪崩二極管。

增益自適應(yīng)模塊采用單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理芯片、中央處理器或者現(xiàn)場可編程門陣列芯片。

增益調(diào)整模塊將閃爍脈沖信號(hào)放大的倍數(shù)介于0-1倍之間。

溢出判斷模塊通過預(yù)設(shè)的溢出率與接收到的所述閃爍脈沖信號(hào)進(jìn)行比較以判斷是否存在信號(hào)溢出的情況。

溢出率的設(shè)定值為0％-10％。

本發(fā)明提供的數(shù)字pet探測器的增益校正裝置，增益校正效果相對于現(xiàn)有技術(shù)具有明顯的提升，本發(fā)明使得pet系統(tǒng)不再需要根據(jù)不同的光電器件設(shè)置不同的輸入電壓等外部條件，極大的簡化了pet系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并且可以更好的適應(yīng)現(xiàn)在的pet或者是pet/ct儀器。同時(shí)，本發(fā)明可直接集成于pet探測器中，實(shí)現(xiàn)pet探測器的數(shù)字化和模塊化，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低搭建pet系統(tǒng)的復(fù)雜度。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的數(shù)字pet探測器的增益校正裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的數(shù)字pet探測器的增益校正裝置的自適應(yīng)流程圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的數(shù)字pet探測器的增益校正裝置的信號(hào)溢出示意圖；

圖4是根據(jù)圖3的數(shù)字pet探測器的增益校正裝置的進(jìn)行增益自適應(yīng)后的波形對比示意圖；

圖5是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種探測器的位置譜示意圖；

圖6是根據(jù)圖5的進(jìn)行增益自適應(yīng)處理后的位置譜示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，以下實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而非用于限制本發(fā)明的范圍。

圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的數(shù)字pet探測器的增益校正裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖1可知，本發(fā)明提供的數(shù)字pet探測器的增益校正裝置包括光電轉(zhuǎn)換模塊100、增益自適應(yīng)模塊200、數(shù)據(jù)采集模塊300和上位機(jī)400，其中，光電轉(zhuǎn)換模塊100與增益自適應(yīng)模塊200通信連接并向增益自適應(yīng)模塊200發(fā)送閃爍脈沖信號(hào)；增益自適應(yīng)模塊200接收來自于光電轉(zhuǎn)換模塊100的閃爍脈沖信號(hào)并對該閃爍脈沖信號(hào)進(jìn)行增益自適應(yīng)處理，增益自適應(yīng)模塊200與數(shù)據(jù)采集模塊300通信連接并向數(shù)據(jù)采集模塊300發(fā)送增益自適應(yīng)處理后的閃爍脈沖信號(hào)；數(shù)據(jù)采集模塊300接收經(jīng)過增益自適應(yīng)處理的閃爍脈沖信號(hào)并對該閃爍脈沖信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，數(shù)據(jù)采集模塊300進(jìn)一步與上位機(jī)400通信連接以向上位機(jī)400發(fā)送數(shù)字化處理后的閃爍脈沖信號(hào)；上位機(jī)400通過相關(guān)數(shù)據(jù)采集軟件收集數(shù)字化處理后的閃爍脈沖信號(hào)，并對數(shù)字化處理后的閃爍脈沖信號(hào)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析利用以完成圖像重建與圖像分析。

更具體地，在圖1中，光電轉(zhuǎn)換模塊100包括閃爍晶體、光電轉(zhuǎn)換器件以及電路網(wǎng)絡(luò)，閃爍晶體與光電轉(zhuǎn)換器件耦合，閃爍晶體接收伽馬光子將其轉(zhuǎn)換為可見光光子并通過光電轉(zhuǎn)換器件將可見光光子轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，光電轉(zhuǎn)換器件通過電路網(wǎng)絡(luò)與增益自適應(yīng)模塊200通信連接，電路網(wǎng)絡(luò)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為閃爍脈沖信號(hào)。光電轉(zhuǎn)換模塊100通過閃爍晶體、光電轉(zhuǎn)換器件以及電路網(wǎng)絡(luò)將探測到的伽馬光子轉(zhuǎn)換為閃爍脈沖信號(hào)，該閃爍脈沖信號(hào)包括相對的快速的上升沿和基本呈指數(shù)下降的緩慢的下降沿。

根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例，本發(fā)明中的光電轉(zhuǎn)換器件可以為光電倍增管、硅光電倍增管(sipm)、多像素光子計(jì)數(shù)器(mppc)或者蓋革模式雪崩二極管(g-apd)等，在此僅作為示例而非限制。

增益自適應(yīng)模塊200包括增益調(diào)整模塊210、溢出判斷模塊220和增益設(shè)定模塊230，其中，增益調(diào)整模塊210與光電轉(zhuǎn)換模塊100的電路網(wǎng)絡(luò)連接并接收閃爍脈沖信號(hào)，增益調(diào)整模塊210同時(shí)對閃爍脈沖信號(hào)設(shè)定不同的放大倍數(shù)，比如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，增益調(diào)整模塊210可將閃爍脈沖信號(hào)放大0-1倍，增益調(diào)整模塊210之后將放大的閃爍脈沖信號(hào)發(fā)送至溢出判斷模塊220；溢出判斷模塊220根據(jù)接收到的閃爍脈沖信號(hào)的大小判斷是否存在信號(hào)頂部溢出的情況，也就是說，溢出判斷模塊220用于判斷增益調(diào)整模塊210設(shè)定的放大倍數(shù)是否合適，或者判斷放大的閃爍脈沖信號(hào)是否超出數(shù)據(jù)采集范圍，當(dāng)閃爍脈沖信號(hào)超出數(shù)據(jù)采集范圍時(shí)，溢出判斷模塊220向增益調(diào)整模塊210發(fā)出調(diào)整信號(hào)，增益調(diào)整模塊210根據(jù)調(diào)整信號(hào)下調(diào)信號(hào)增益。應(yīng)當(dāng)注意的是，在放大的閃爍脈沖信號(hào)未溢出的條件下，增益越大，效果越好。增益設(shè)定模塊230與溢出判斷模塊220連接并接收溢出判斷模塊220發(fā)送的最佳增益下的閃爍脈沖信號(hào)，同時(shí)增益設(shè)定模塊230將該最佳閃爍脈沖信號(hào)應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集模塊300。

本發(fā)明中的增益調(diào)整模塊210在下調(diào)信號(hào)增益時(shí)，可以運(yùn)用可調(diào)增益運(yùn)放(variablegainoperationalamplifier，簡稱vga)或者可調(diào)電阻分壓等多種方式，下調(diào)信號(hào)增益可選擇線性下調(diào)或者非線性下調(diào)方式，比如指數(shù)下調(diào)、二次函數(shù)下調(diào)等。

根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例，本發(fā)明中的增益自適應(yīng)模塊200可采用單片機(jī)(mcu)、數(shù)字信號(hào)處理芯片(dsp)、中央處理器(cpu)或者現(xiàn)場可編程門陣列芯片(fpga)等具有運(yùn)算或者控制能力的多種控制器，在此僅作為示例而非限制。增益自適應(yīng)模塊200對閃爍脈沖信號(hào)進(jìn)行增益自適應(yīng)處理以使閃爍脈沖信號(hào)處在一個(gè)增益穩(wěn)定的狀態(tài)，例如將閃爍脈沖信號(hào)的增益控制在±10％或者更小的波動(dòng)范圍內(nèi)。

數(shù)據(jù)采集模塊300用于數(shù)字化采集增益自適應(yīng)模塊200發(fā)送的最佳閃爍脈沖信號(hào)并且進(jìn)行相應(yīng)的處理，比如，使用時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換方法以獲取閃爍脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，利用累加法計(jì)算閃爍脈沖信號(hào)的能量，利用權(quán)重法根據(jù)獲取的能量信息計(jì)算位置信息等，上述算法屬于本領(lǐng)域的常用技術(shù)收到，在此不再贅述。數(shù)據(jù)采集模塊300對閃爍脈沖信號(hào)進(jìn)行處理后可獲得包含時(shí)間、位置、能量等信息的數(shù)字化數(shù)據(jù)，該數(shù)字化數(shù)據(jù)可通過千兆網(wǎng)線、光纖或者無線等多種方式傳遞至上位機(jī)400。

上位機(jī)400通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集軟件接收閃爍脈沖信號(hào)的數(shù)字化數(shù)據(jù)，上位機(jī)400通過對該數(shù)字化數(shù)據(jù)的解析利用以完成圖像重建與圖像分析。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的數(shù)字pet探測器的增益校正裝置的自適應(yīng)流程圖，由圖2可知，本發(fā)明的工作原理為：首先，對pet系統(tǒng)或者探測器進(jìn)行上電復(fù)位，然后選擇是否需要對當(dāng)前工作條件進(jìn)行自適應(yīng)處理，若不需要，則不進(jìn)行自適應(yīng)處理而直接進(jìn)入正常的數(shù)據(jù)采集模式；若需要，增將對所有通道進(jìn)行增益自適應(yīng)處理，具體步驟如下：第一，增益調(diào)整模塊210將當(dāng)前通道的增益設(shè)為最大，比如，在本發(fā)明中可選擇將閃爍脈沖信號(hào)放大1倍，此時(shí)采集一定的閃爍脈沖信號(hào)數(shù)據(jù)，溢出判斷模塊220將計(jì)算閃爍脈沖信號(hào)的溢出率并判斷溢出率是否超出設(shè)定值，溢出率的理想設(shè)定值為0％；結(jié)合圖3所示，若溢出率超出設(shè)定值，則溢出判斷模塊220向增益調(diào)整模塊210發(fā)送調(diào)整信號(hào)從而使增益調(diào)整模塊210下調(diào)信號(hào)增益，信號(hào)增益下調(diào)后溢出判斷模塊220繼續(xù)進(jìn)行溢出率的判斷；若溢出率未超過設(shè)定值，則增益設(shè)定模塊230將保存當(dāng)前通道的放大倍數(shù)，同時(shí)判斷當(dāng)前通道是否為系統(tǒng)的最后一個(gè)通道，若為最后一個(gè)通道，則開始進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)采集；若不是最后一個(gè)通道，則選擇下一個(gè)通道并通過增益調(diào)整模塊210將當(dāng)前通道的信號(hào)增益設(shè)為最大，依次重復(fù)以上步驟，直至完成最后一個(gè)通道的增益自適應(yīng)調(diào)整，進(jìn)入正常的數(shù)據(jù)采集模式。需要注意的是，溢出率的設(shè)定值由于實(shí)際使用的條件的不同，溢出率的設(shè)定值可以介于0％-10％之間，比如可以設(shè)定為5％或者10％等不同情況，在此僅用于說明而非限制本發(fā)明的范圍。

圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的數(shù)字pet探測器的增益校正裝置的信號(hào)溢出示意圖，圖4為根據(jù)圖3的進(jìn)行增益自適應(yīng)后的波形對比示意圖，由圖3和圖4對比可知，經(jīng)過增益自適應(yīng)處理后的波形未出現(xiàn)圖3中頂端的截波現(xiàn)象。

圖5為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種探測器的位置譜示意圖，其中，光電器件采用pspmt-r8900型號(hào)，工作電壓為900v；圖6是根據(jù)圖5的進(jìn)行增益自適應(yīng)處理后的位置譜示意圖，由圖5和圖6對比可知，同等條件下，未進(jìn)行增益自適應(yīng)處理的圖5中點(diǎn)位向中間聚攏，造成這種現(xiàn)象的原因?yàn)樵鲆孢^高，導(dǎo)致閃爍脈沖信號(hào)的波形具有截波現(xiàn)象，應(yīng)用位置計(jì)算方法后點(diǎn)位將向中心靠攏；而圖6中經(jīng)過增益自適應(yīng)處理后，位置譜的各個(gè)點(diǎn)位清晰可辯。

總之，本發(fā)明提供的數(shù)字pet探測器的增益校正裝置具有以下有益效果：

首先，本發(fā)明的增益校正效果相對于現(xiàn)有技術(shù)具有明顯的提升。

其次，本發(fā)明使得pet系統(tǒng)不再需要根據(jù)不同的光電器件設(shè)置不同的輸入電壓等外部條件，極大的簡化了pet系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并且可以更好的適應(yīng)現(xiàn)在的pet或者是pet/ct儀器。同時(shí)，本發(fā)明可直接集成于pet探測器中，實(shí)現(xiàn)pet探測器的數(shù)字化和模塊化，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低搭建pet系統(tǒng)的復(fù)雜度。

再次，本發(fā)明適用于多種光電器件，包括光電倍增管、硅光電倍增管等，適用性與實(shí)用性強(qiáng)。

最后，本發(fā)明還可以根據(jù)前端不同的放射性核素自動(dòng)的調(diào)節(jié)增益，避免了調(diào)節(jié)后的增益在更換前端放射性核素后增益倍數(shù)不足或者過大的現(xiàn)象，本發(fā)明可自動(dòng)調(diào)整以實(shí)現(xiàn)探測器的最佳性能。本發(fā)明適用多種放射性核素，比如f-18的18f-fdg、18f-fdopa或者18f-flt等，或者基于o-15的15o-h2o，或者基于c-11的11c-乙酸鈉、11c-膽堿等多種放射性正子源。

以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上述實(shí)施例還可以做出各種變化。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請的權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專利的權(quán)利要求保護(hù)范圍。本發(fā)明未詳盡描述的均為常規(guī)技術(shù)內(nèi)容。