低。此外，本發(fā)明提供的后級處理電路對脈沖電流信號進(jìn)行了積分，并對積分信號進(jìn)行處理以獲得伽瑪光子的能量信息，因此能量測量不受脈沖電流信號的起始時間的影響。
[0043]圖4所示的信號處理電路400是類似全數(shù)字SiPM的電路，利用其獲得的能量測量結(jié)果誤差小、精度高，并且計算出的入射伽瑪光子的能量不受溫度的影響。其與后繼的主處理電路之間的接口簡單，使得只需要一條數(shù)字線就可以很方便的從成百上千的傳感器微元組成傳感器單元中讀出入射伽瑪光子的能量和時間等信息。
[0044]此外，值得注意的是，在現(xiàn)有的數(shù)字SiPM中，基于來自傳感器微元的電流信號生成數(shù)字信號，然后以計數(shù)方式對數(shù)字信號進(jìn)行求和，運算速度較慢。在數(shù)字求和運算完成之前，不允許新的事件測量。因此，這段時間被稱為死區(qū)時間(讀出時間)。這種方法的死區(qū)時間較長，事件處理率較低。然而，在根據(jù)本發(fā)明實施例的光子測量前端電路中，基于來自傳感器微元的電流信號生成脈沖電流信號，對脈沖電流信號進(jìn)行諸如積分等處理，其運算速度很快，死區(qū)時間短，事件處理率高。
[0045]可選地，主處理電路可以包括能量測量模塊、時間測量模塊、暗電流測量模塊和波形測量模塊中的至少一個(未示出)。能量測量模塊用于利用輸出信號對一個或多個傳感器微元集合所檢測到的光子進(jìn)行能量測量。時間測量模塊用于利用輸出信號對一個或多個傳感器微元集合所檢測到的光子進(jìn)行時間測量。暗電流測量模塊用于利用輸出信號進(jìn)行暗電流測量。波形測量模塊用于利用輸出信號對脈沖電流信號的總和進(jìn)行波形重建和波形測量。
[0046]可選地，主處理電路連接一個或多個信號處理電路中的每一個的后級處理電路中的后級比較電路的輸出端和/或一個或多個信號處理電路中的每一個的后級處理電路中的傳輸控制電路的輸出端，輸出信號包括后級比較信號和/或數(shù)字信號。上述能量測量模塊可以連接到傳輸控制電路的輸出端并利用數(shù)字信號直接測量伽瑪光子的能量。數(shù)字信號中包含能量信息，該能量信息可以反映光電檢測器所檢測到的伽瑪光子的能量大小。能量測量模塊通過對數(shù)字信號進(jìn)行某些運算(如求和)，可以計算出或推測出伽瑪光子的能量大小?？梢岳斫獾氖?，能量測量模塊可以通過數(shù)字信號獲得伽瑪光子的能量的相對值，該相對值可以代表伽馬光子的能量的確切值。另外，能量測量模塊可以包括與傳輸控制電路相同的電路，并將該電路連接到后級比較電路的輸出端，該電路對后級比較信號進(jìn)行處理之后，將輸出與數(shù)字信號相同的信號，能量測量模塊再利用該信號測量伽瑪光子的能量，其計算過程與直接利用數(shù)字信號進(jìn)行計算的過程相同，不再贅述。
[0047]可選地，能量測量模塊可以包括計數(shù)器(未示出)，用于通過對第一邏輯電平進(jìn)行計數(shù)來對伽瑪光子進(jìn)行能量測量。也就是說，可以通過累計數(shù)字信號中“I”的個數(shù)來進(jìn)行能量測量。例如，如果數(shù)字信號中包含500個“1”，則可以將伽瑪光子的能量大小視作500。可選地，能量測量模塊可以包括加法器(未示出)，用于通過對第一邏輯電平進(jìn)行求和來對伽瑪光子進(jìn)行能量測量。也就是說，可以直接將數(shù)字信號中的“I”相加，將最后獲得的和作為伽瑪光子的能量大小。例如，如果最后獲得的和為300，則可以將伽瑪光子的能量大小視作300。通過對第一邏輯電平進(jìn)行計數(shù)或求和來進(jìn)行能量測量的方法簡單快捷，效率高。
[0048]可選地，時間測量模塊可以連接傳輸控制電路的輸出端并利用數(shù)字信號測量伽瑪光子的到達(dá)時間。數(shù)字信號的上升沿發(fā)生的時間可以反映伽瑪光子的時間信息。時間測量模塊可以測量數(shù)字信號的第一個上升沿發(fā)生的時間。其方法為使用數(shù)字系統(tǒng)的時鐘直接記錄上升沿發(fā)生的時間。這種方法比較簡單快捷，易于實現(xiàn)。時間測量模塊也可以采用高精度的模擬TDC或者數(shù)字TDC (例如基于FPGA延遲線的數(shù)字TDC)，對數(shù)字信號的上升沿進(jìn)行精確時間測量。這種方法可以提高時間測量的精度?？蛇x地，時間測量模塊還可以連接后級比較電路的輸出端，用于利用后級比較信號對伽瑪光子進(jìn)行時間測量。后級比較信號是沒有經(jīng)過傳輸控制電路在時間上進(jìn)行量化的信號，因此，直接測量后級比較信號的時間信息，可以獲得更準(zhǔn)確的伽瑪光子的時間信息。
[0049]與能量測量模塊類似地，暗電流測量模塊可以連接后級比較電路或傳輸控制電路的輸出端，以利用后級比較信號或數(shù)字信號進(jìn)行暗電流測量。例如，暗電流測量模塊可以通過對來自傳輸控制電路的數(shù)字信號進(jìn)行運算來進(jìn)行暗電流測量。例如，可以通過計算在未發(fā)生有效脈沖事件時單位時間內(nèi)數(shù)字信號中的“I”的個數(shù)，來測算暗電流的大小。暗電流的大小正比于單位時間內(nèi)數(shù)字信號中的“ I ”的個數(shù)。
[0050]與能量測量模塊和暗電流測量模塊類似地，波形測量模塊可以連接后級比較電路或傳輸控制電路的輸出端，以利用后級比較信號或數(shù)字信號對脈沖電流信號的總和進(jìn)行波形重建和波形測量。例如，波形測量模塊可以通過數(shù)字低通濾波的方法來對脈沖電流信號的總和進(jìn)行波形重建。在某些應(yīng)用中，重建的波形可以用于實現(xiàn)高級的測量(如入射伽瑪光子的DOI反應(yīng)深度的測量)。
[0051]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在現(xiàn)有的數(shù)字SiPM中，需要額外的電路來控制有效脈沖事件觸發(fā)的觸發(fā)邏輯，確保真正的有效脈沖事件發(fā)生時，能夠啟動數(shù)字信號求和運算?，F(xiàn)有的數(shù)字SiPM需要額外的電路來測試每個傳感器微元的電流信號的產(chǎn)生時間，并通過比較這些時間，來確定一次有效脈沖事件的發(fā)生時間。現(xiàn)有的數(shù)字SiPM的后繼電路的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要把求和運算所需數(shù)據(jù)和有效脈沖事件的發(fā)生時間通過數(shù)字信號傳輸，以發(fā)送給后繼電路進(jìn)行處理。然而，根據(jù)本發(fā)明的實施例，不需要額外的電路來控制有效脈沖事件觸發(fā)的觸發(fā)邏輯。本發(fā)明不需要測試每個傳感器微元的電流信號的產(chǎn)生時間。主處理電路可以使用一個TDC來測試很多傳感器微元組合起來的總電流信號的產(chǎn)生時間。在某些情況下，與現(xiàn)有的數(shù)字SiPM中采用的方法相比，本發(fā)明的時間分辨率更高(與針對每個信號單獨計算時間之后再選取最早的幾個信號的產(chǎn)生時間的方式相比，對很多信號進(jìn)行組合之后再計算時間的方式的統(tǒng)計噪聲有可能更小)。本發(fā)明提供的用于計算伽瑪光子的能量和時間等信息的主處理電路的結(jié)構(gòu)以及實現(xiàn)方式都比較簡單。
[0052]下面結(jié)合圖5至圖7進(jìn)一步描述本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)和原理。圖5示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光子測量前端電路500的電路示意圖。作為示例，圖5中僅示出了與傳感器微元集合SJi應(yīng)的信號處理電路的電路圖，與其他傳感器微元集合對應(yīng)的信號處理電路的電路結(jié)構(gòu)可以與其相同，也可以與其不同。
[0053]如圖5所示，與每個傳感器微元對應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路510可以簡單地由一個電阻R構(gòu)成，來自傳感器微元的初始電流信號I流經(jīng)電阻R后在電阻R上產(chǎn)生的電壓差為V，三者滿足關(guān)系V = IR。也就是說，初始電流信號I通過該轉(zhuǎn)換電路510被轉(zhuǎn)換為初始電壓信號V。
[0054]前級比較電路520可以由模擬電子技術(shù)當(dāng)中常用的電壓比較器構(gòu)成。轉(zhuǎn)換電路510輸出的初始電壓信號接入電壓比較器的反相端，以與同相端的第一參考電平Vref作比較。前級比較電路輸出的為由“O ”和“ I ”組成的前級比較信號。
[0055]當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器530為上升沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時，每次前級比較電路520輸出的前級比較信號從“O”跳轉(zhuǎn)到“I”時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器530都會輸出一個具有固定脈沖寬度的短脈沖(即脈沖電壓信號)，其在本示例中采用負(fù)脈沖的形式。脈沖電壓信號具有高電平(例如零電位“0”，0V)和低電平(例如負(fù)電位“-1”，-5V)兩種狀態(tài)，在未被觸發(fā)時單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器530輸出高電平，在被觸發(fā)時輸出具有固定持續(xù)時間的低電平。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器530具有使能端，該使能端連接至主處理電路590 (該連接未示出)。當(dāng)使能端輸入高電平(也可以是低電平，取決于使能信號的定義，這里不做限制)時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器530能夠被前級比較信號觸發(fā)，進(jìn)而做出上述響應(yīng)，反之，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器530的輸出端將保持初始狀態(tài)，不受前級比較信號的影響。與傳感器微元集合S1中的每個傳感器微元相對應(yīng)的通道中的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器530具有各自的使能信號Enl?EnN1，可以利用這些使能信號分別使能或禁用各單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器530。可選地，也可以使多個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器530共用同一使能信號，以同時使能或禁用該多個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器530。
[0056]與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器530連接的脈沖輸出電路540可以簡單地由電阻構(gòu)成，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器530的輸出值經(jīng)過該電阻轉(zhuǎn)換為具有固定脈沖寬度的負(fù)的脈沖電流信號。
[0057]來自傳感器微元的多個通道(即前級處理電路)的脈沖電流信號以及來自負(fù)反饋電路580的負(fù)反饋信號接入同一積分電路550。在本示例中，積分電路550由運算放大器以及電容C構(gòu)成。
[0058]后級比較電路560由電壓比較器構(gòu)成，積分電路550輸出的積分信號輸入到該電壓比較器的同相端，電壓比較器的反相端接地。
[0059]傳輸控制電路570是寄存器電路，其由DQ觸發(fā)器構(gòu)成。后級比較電路560輸出的在“O”和“ I ”狀態(tài)之間切換的后級比較信號輸入至該DQ觸發(fā)器的D輸入端。每次時鐘信號Clock的上升沿(也可以是下降沿，或是采用上升沿下降沿都觸發(fā)的方式，即DDR方式)至IJ來時，D輸入端的“ O ”和“ I ”狀態(tài)信號將被輸出到Q輸出端。因此，Q輸出端輸出的數(shù)字信號為經(jīng)過時鐘同步的“O”和“ I”組成的序列，可稱為“O” “ I”序列。
[0060]DQ觸發(fā)器的Q輸出端經(jīng)由負(fù)反饋電路580連接到積分電路550的輸入端。負(fù)反饋電路580包括電阻Rf。Q輸出端輸出的“O” “I”序列是包括高電平和低電平兩種狀態(tài)的電壓信號。該電壓信號經(jīng)過電阻Rf轉(zhuǎn)換為電流信號，該電流信號的方向與脈沖輸出電路540輸出的脈沖電流信號的方向相反，因此可以構(gòu)成負(fù)反饋。
[0061]DQ觸發(fā)器輸出的“O” “I”序列可以連接至主處理電路590中的能量測量模塊，以計算伽瑪光子的能量。后級比較電路560輸出的后級比較信號可以同時連接至主處理電路590中的TDC (即時間測量模塊)，以計算伽瑪光子的到達(dá)時間。能量測量模塊的輸入和TDC的輸入可以共用寄存器電路的輸出，或者共用后級比較電路的輸出。能量測量模塊以及時間測量模塊可以同信號處理電路一起在專用集成電路中實現(xiàn)，也可以單獨在外部數(shù)字電路(如FPGA)中實現(xiàn)。
[0062]根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以直接對每個傳感器微元進(jìn)行數(shù)字化的讀出操作?？紤]到傳感器微元的