尺寸(10?100微米邊長)和數(shù)目，可以采用專用集成芯片(ASIC)來實(shí)現(xiàn)與傳感器微元對(duì)應(yīng)的讀出電路(即信號(hào)處理電路)，并且可以將傳感器微元和讀出電路集成在一個(gè)ASIC上。
[0063]可以采用下面兩種方案實(shí)現(xiàn)光子測量前端電路中的至少部分電路。
[0064]圖6示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的后級(jí)處理電路和主處理電路的電路示意圖。圖6所示的一路脈沖電流信號(hào)僅是示例，可以存在多路脈沖電流信號(hào)。如圖6所示，可以將后級(jí)處理電路中的積分電路和負(fù)反饋電路的一部分采用ASIC實(shí)現(xiàn)，其可以與前級(jí)處理電路以及傳感器微元集成在一個(gè)ASIC上。后級(jí)處理電路中的后級(jí)比較電路、傳輸控制電路和負(fù)反饋電路的另一部分以及主處理電路可以采用FPGA實(shí)現(xiàn)。這種方法非常簡單。每個(gè)傳感器單元可以僅使用一個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)電容和一個(gè)負(fù)反饋電路。在ASIC上，可以很方便的實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器單元的讀出電路。在本實(shí)施例中，每個(gè)傳感器單元的讀出電路需要3個(gè)FPGA引腳。
[0065]圖7示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的后級(jí)處理電路和主處理電路的電路示意圖。這種方法也比較簡單。與圖6所示的方法不同，在本實(shí)施例中將后級(jí)比較電路和傳輸控制電路也集成到了 ASIC中。每個(gè)傳感器單元的讀出電路只需要I個(gè)FPGA引腳。與圖6所示的實(shí)施例相比，在采用同樣的FPGA的情況下，可以讀出的傳感器單元的數(shù)目增加了三倍。
[0066]可選地，在后級(jí)處理電路中，可以在積分電路前面加入預(yù)放大器，以對(duì)脈沖電流信號(hào)進(jìn)行預(yù)防大，之后將經(jīng)預(yù)放大的脈沖電流信號(hào)輸入積分電路。
[0067]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的主處理電路中的計(jì)算伽瑪光子的能量及到達(dá)時(shí)間的電路可以采用簡單方式實(shí)現(xiàn)，例如只需要簡單的計(jì)數(shù)器和TDC即可。主處理電路中的事件觸發(fā)邏輯簡單靈活。主處理電路可以根據(jù)需要，很方便地對(duì)來自不同的傳感器單元的信號(hào)進(jìn)行任意的組合來觸發(fā)和計(jì)算能量和時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光子測量前端電路的可擴(kuò)展性好。一個(gè)傳感器單元可以僅使用一條數(shù)字線連接至主處理電路。另外，可以采用FPGA來實(shí)現(xiàn)后級(jí)處理電路和主處理電路中的至少一部分電路。一個(gè)低成本低功耗的FPGA可以支持幾百個(gè)傳感器單元組成的陣列，因此這樣的電路成本較低。主處理電路可以對(duì)每個(gè)傳感器單元的能量進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算，并可以實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜的解碼功能。
[0068]上文采用FPGA來舉例說明本發(fā)明的實(shí)施方法。需要說明的是，F(xiàn)PGA不是本發(fā)明的必需構(gòu)建。本發(fā)明所述的采用FPGA實(shí)現(xiàn)的功能模塊還可以通過分立元件構(gòu)成的數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)。
[0069]雖然本文以PET系統(tǒng)為例描述了本發(fā)明的原理和應(yīng)用，但是應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不局限于此。本發(fā)明所提供的光子測量前端電路還可以應(yīng)用于SPECT系統(tǒng)、X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描成像(X-CT)系統(tǒng)或任何其他合適的高能光子測量系統(tǒng)。
[0070]本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光子測量前端電路，包括與一個(gè)或多個(gè)傳感器微元集合一一對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)處理電路以及主處理電路，所述一個(gè)或多個(gè)信號(hào)處理電路中的每一個(gè)包括與對(duì)應(yīng)傳感器微元集合中的一個(gè)或多個(gè)傳感器微元一一對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)前級(jí)處理電路以及后級(jí)處理電路， 所述一個(gè)或多個(gè)前級(jí)處理電路中的每一個(gè)的輸入端連接對(duì)應(yīng)傳感器微元的輸出端，所述前級(jí)處理電路用于接收來自所述對(duì)應(yīng)傳感器微元的初始電流信號(hào)并且當(dāng)所述初始電流信號(hào)的幅值大于電流閾值時(shí)輸出脈沖電流信號(hào)； 所述后級(jí)處理電路的輸入端連接所述一個(gè)或多個(gè)前級(jí)處理電路中的每一個(gè)的輸出端，所述后級(jí)處理電路用于對(duì)來自所述一個(gè)或多個(gè)前級(jí)處理電路中的每一個(gè)的脈沖電流信號(hào)進(jìn)行處理以生成輸出信號(hào)； 所述主處理電路連接所述一個(gè)或多個(gè)信號(hào)處理電路中的每一個(gè)的后級(jí)處理電路的輸出端，所述主處理電路用于根據(jù)來自所述一個(gè)或多個(gè)信號(hào)處理電路中的每一個(gè)的后級(jí)處理電路的輸出信號(hào)對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)傳感器微元集合所檢測到的光子進(jìn)行測量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子測量前端電路，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)前級(jí)處理電路中的每一個(gè)包括轉(zhuǎn)換電路、前級(jí)比較電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和脈沖輸出電路，其中， 所述轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接所述對(duì)應(yīng)傳感器微元的輸出端，所述轉(zhuǎn)換電路用于接收所述初始電流信號(hào)并且將所述初始電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為初始電壓信號(hào)； 所述前級(jí)比較電路的一個(gè)輸入端連接所述轉(zhuǎn)換電路的輸出端并且所述前級(jí)比較電路的另一輸入端接入第一參考電平，所述前級(jí)比較電路用于將所述初始電壓信號(hào)與所述第一參考電平相比較，并輸出前級(jí)比較信號(hào)，其中，所述第一參考電平等于參考電流信號(hào)經(jīng)由所述轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換所獲得的電壓信號(hào)的電壓值，所述參考電流信號(hào)的電流值為所述電流閾值； 所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端連接所述前級(jí)比較電路的輸出端，所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于基于所述前級(jí)比較信號(hào)生成脈沖電壓信號(hào)； 所述脈沖輸出電路的輸入端連接所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出端，所述脈沖輸出電路用于基于所述脈沖電壓信號(hào)生成所述脈沖電流信號(hào)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光子測量前端電路，其特征在于，所述前級(jí)比較信號(hào)由高電平和低電平組成，所述前級(jí)比較電路進(jìn)一步用于當(dāng)所述初始電壓信號(hào)的電平值高于或等于所述第一參考電平時(shí)輸出高電平，當(dāng)所述初始電壓信號(hào)的電平值低于所述第一參考電平時(shí)輸出低電平，所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是基于所述前級(jí)比較信號(hào)的下降沿觸發(fā)的。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光子測量前端電路，其特征在于，所述前級(jí)比較信號(hào)由高電平和低電平組成，所述前級(jí)比較電路進(jìn)一步用于當(dāng)所述初始電壓信號(hào)的電平值高于或等于所述第一參考電平時(shí)輸出低電平，當(dāng)所述初始電壓信號(hào)的電平值低于所述第一參考電平時(shí)輸出高電平，所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是基于所述前級(jí)比較信號(hào)的上升沿觸發(fā)的。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光子測量前端電路，其特征在于，所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器還連接所述主處理電路，所述主處理電路進(jìn)一步用于向所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器發(fā)出使能信號(hào)，以利用所述使能信號(hào)控制所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器啟用或禁用。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光子測量前端電路，其特征在于，所述主處理電路進(jìn)一步用于利用針對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)傳感器微元集合中的待測試傳感器微元的使能信號(hào)控制與所述待測試傳感器微元對(duì)應(yīng)的前級(jí)處理電路中的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器啟用，并根據(jù)與所述待測試傳感器微元對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)測試所述待測試傳感器微元的工作性能。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子測量前端電路，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)傳感器微元集合是按照傳感器單元來劃分的。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子測量前端電路，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)傳感器微元集合屬于同一傳感器單元。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子測量前端電路，其特征在于，所述后級(jí)處理電路包括積分電路、后級(jí)比較電路、傳輸控制電路和負(fù)反饋電路， 所述積分電路連接所述一個(gè)或多個(gè)前級(jí)處理電路中的每一個(gè)的輸出端和所述負(fù)反饋電路的輸出端，所述積分電路用于接收來自所述一個(gè)或多個(gè)前級(jí)處理電路中的每一個(gè)的脈沖電流信號(hào)和來自所述負(fù)反饋電路的反饋信號(hào)，對(duì)所述脈沖電流信號(hào)的總和與所述反饋信號(hào)之間的差進(jìn)行積分并且輸出積分信號(hào)； 所述后級(jí)比較電路的一個(gè)輸入端連接所述積分電路的輸出端并且所述后級(jí)比較電路的另一輸入端接入第二參考電平，所述后級(jí)比較電路用于將所述積分信號(hào)與所述第二參考電平進(jìn)行比較并生成后級(jí)比較信號(hào)； 所述傳輸控制電路的輸入端連接所述后級(jí)比較電路的輸出端，所述傳輸控制電路用于利用時(shí)鐘信號(hào)控制所述后級(jí)比較信號(hào)的傳輸以輸出數(shù)字信號(hào)，其中所述數(shù)字信號(hào)中的、持續(xù)時(shí)間等于所述時(shí)鐘信號(hào)的周期的高電平代表第一邏輯電平，所述數(shù)字信號(hào)中的、持續(xù)時(shí)間等于所述時(shí)鐘信號(hào)的周期的低電平代表第二邏輯電平； 所述負(fù)反饋電路的輸入端連接所述傳輸控制電路的輸出端，所述負(fù)反饋電路用于將所述數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述反饋信號(hào)并且將所述反饋信號(hào)反饋給所述積分電路。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光子測量前端電路，其特征在于，所述負(fù)反饋電路連接所述主處理電路，所述主處理電路進(jìn)一步用于調(diào)整所述負(fù)反饋電路輸出的所述反饋信號(hào)的幅值。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光子測量前端電路，其特征在于，所述主處理電路連接所述一個(gè)或多個(gè)信號(hào)處理電路中的每一個(gè)的后級(jí)處理電路中的后級(jí)比較電路的輸出端和/或所述一個(gè)或多個(gè)信號(hào)處理電路中的每一個(gè)的后級(jí)處理電路中的傳輸控制電路的輸出端，所述輸出信號(hào)包括所述后級(jí)比較信號(hào)和/或所述數(shù)字信號(hào)。12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光子測量前端電路，其特征在于，所述主處理電路包括能量測量模塊、時(shí)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(gè)， 所述能量測量模塊用于利用所述輸出信號(hào)對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)傳感器微元集合所檢測到的光子進(jìn)行能量測量； 所述時(shí)間測量模塊用于利用所述輸出信號(hào)對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)傳感器微元集合所檢測到的光子進(jìn)行時(shí)間測量； 所述暗電流測量模塊用于利用所述輸出信號(hào)進(jìn)行暗電流測量； 所述波形測量模塊用于利用所述輸出信號(hào)對(duì)所述脈沖電流信號(hào)的總和進(jìn)行波形重建和波形測量。13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光子測量前端電路，其特征在于，所述第二參考電平是地電平。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光子測量前端電路，包括與一個(gè)或多個(gè)傳感器微元集合一一對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)處理電路以及主處理電路。一個(gè)或多個(gè)信號(hào)處理電路中的每一個(gè)包括與對(duì)應(yīng)傳感器微元集合中的一個(gè)或多個(gè)傳感器微元一一對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)前級(jí)處理電路以及后級(jí)處理電路。前級(jí)處理電路用于接收來自對(duì)應(yīng)傳感器微元的初始電流信號(hào)并且當(dāng)初始電流信號(hào)的幅值大于電流閾值時(shí)輸出脈沖電流信號(hào)。后級(jí)處理電路用于對(duì)來自一個(gè)或多個(gè)前級(jí)處理電路中的每一個(gè)的脈沖電流信號(hào)進(jìn)行處理以生成輸出信號(hào)。主處理電路用于根據(jù)來自一個(gè)或多個(gè)信號(hào)處理電路中的每一個(gè)的后級(jí)處理電路的輸出信號(hào)對(duì)一個(gè)或多個(gè)傳感器微元集合所檢測到的光子進(jìn)行測量。本發(fā)明電路簡單，易于擴(kuò)展成陣列。
【IPC分類】G01T1/208
【公開號(hào)】CN105093258
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510638186
【發(fā)明人】龔政, 趙指向, 許劍鋒, 黃秋, 彭旗宇
【申請(qǐng)人】武漢中派科技有限責(zé)任公司
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年9月30日