本發(fā)明涉及pet(positronemissiontomography，正電子發(fā)射斷層成像)探測(cè)器，尤其涉及一種基于差分時(shí)間鏈與連續(xù)晶體的pet探測(cè)器。

背景技術(shù)：

1、pet空間分辨率是指pet系統(tǒng)對(duì)于兩個(gè)空間中相近位置的最小分辨能力。pet系統(tǒng)硬件架構(gòu)以及位置定位的軟件算法都會(huì)影響著空間分辨率的好壞。pet探測(cè)器的空間分辨率直接影響著圖像重建質(zhì)量，后期的病灶檢測(cè)定位的準(zhǔn)確度。因此，提高pet系統(tǒng)空間分辨率一直以來(lái)都是討論的一大熱點(diǎn)之一。

2、在硬件結(jié)構(gòu)上，目前已經(jīng)作了很多的研究并取得了不錯(cuò)的空間分辨率。空間分辨率主要受兩個(gè)因素的影響，一個(gè)是晶體的尺寸，一個(gè)晶體作為一個(gè)像素點(diǎn)直接影響著pet空間分辨率的大小。一般來(lái)說(shuō)，晶體尺寸越小，空間分辨率越高。另一個(gè)是光子的沉積位置，光子在晶體中沉積位置是隨機(jī)的，一概的將光子定位晶體表面是存在誤差的，造成圖像偽影，降低空間分辨率。對(duì)此，為了提高pet空間分辨率，提出了以下的幾種方案。

3、減小晶體尺寸，將晶體切割成更小的尺寸，以獲得更高的空間分辨率。減小晶體尺寸雖然能夠有效提高pet探測(cè)器的空間分辨率，然而這種方式存在缺陷。隨著晶體尺寸的減小，會(huì)增加散射發(fā)射的概率，pet探測(cè)器的靈敏度降低，邊緣惡化明顯。對(duì)晶體工藝提出更高的要求，同時(shí)會(huì)使得外圍電路所消耗資源，功耗，面積等都成倍增加。另外，過(guò)小的晶體尺寸也給晶體定位帶來(lái)困難。當(dāng)晶體尺寸小于sipm(silicon?photomultiplier，半導(dǎo)體光電探測(cè)器)尺寸后，一對(duì)一耦合將不再適用，必須使用一對(duì)多的耦合方式，信號(hào)質(zhì)量下降，這些都會(huì)降低pet探測(cè)器空間分辨率，因此，利用切割晶體的方式帶來(lái)的空間分辨率的提升是有限的。目前，利用該策略所能得到的空間分辨率為0.55mm。

4、通過(guò)doi(depth?ofinteraction，沉積深度)信息降低圖像偽影來(lái)提高空間分辨率，這種提升方式也是有限的，其空間分辨率也很難突破0.5mm。為了能夠獲取doi信息，一般需要額外的資源，無(wú)論是雙端讀出還是長(zhǎng)邊耦合，其讀出電路資源都將增加。如采用雙端讀出方式，晶體的長(zhǎng)邊沿耦合取代短邊沿耦合，獲取更多的doi信息，其主要缺點(diǎn)是讀出電路的復(fù)雜度將會(huì)增加，在長(zhǎng)軸pet中，幾千個(gè)晶體所帶來(lái)的資源消耗是不可估量的，一次難以應(yīng)用到實(shí)際的pet系統(tǒng)中。

5、單晶體塊結(jié)構(gòu)與離散單晶體相比，能夠有效解決離散晶體所帶來(lái)的問(wèn)題，具有更好的靈敏度和檢測(cè)效率，在實(shí)現(xiàn)更高空間分辨率上更有潛力。通過(guò)在單晶塊表面耦合多個(gè)sipm陣列，每個(gè)sipm相當(dāng)于一個(gè)像素點(diǎn)，決定了空間分辨率的大小。通過(guò)多邊耦合，能夠獲得更加精確的doi信息，提高圖像質(zhì)量。然而利用單晶體塊獲得高空間分辨率也存在一些限制。sipm耦合數(shù)量的增加，會(huì)導(dǎo)致讀出電路的增加，每一路都需要單獨(dú)的信號(hào)讀出電路。另外，當(dāng)光子進(jìn)入單晶體塊后了，由于光擴(kuò)散，一個(gè)單晶體塊表面耦合的sipm都會(huì)有響應(yīng)，使得對(duì)數(shù)據(jù)帶寬提出更高要求，無(wú)論是通過(guò)通道合并還是降低通道數(shù)的方式降低數(shù)據(jù)帶寬，都會(huì)惡化空間分辨率。有學(xué)者提出只考慮511kev附近的15％能量范圍內(nèi)的sipm響應(yīng)，或者采用通道合并思想，將行和列的sipm相加求和后再輸出，由此減小數(shù)據(jù)帶寬，但是犧牲了部分有效數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)，其空間分辨率也隨之降低。除此之外，其讀出電路的復(fù)雜度也會(huì)增加，特別是多邊耦合時(shí)。這些限制了單晶體塊架構(gòu)在pet探測(cè)器中的應(yīng)用。

6、目前所使用的方法雖然能夠在一定程度上提高pet系統(tǒng)的空間分辨率，但是還沒(méi)有一種方式能夠?qū)崿F(xiàn)0.5mm的空間分辨率，甚至有些方法在pet探測(cè)器中由于某些原因，如電路復(fù)雜度，是并不可行的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于差分時(shí)間鏈與連續(xù)晶體的pet探測(cè)器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中pet探測(cè)器的空間分辨率提升有限的缺陷，實(shí)現(xiàn)基于差分時(shí)間鏈與連續(xù)晶體的pet探測(cè)器，極大地提高了pet探測(cè)器空間分辨率。

2、本發(fā)明提供一種基于差分時(shí)間鏈與連續(xù)晶體的pet探測(cè)器，包括：

3、單晶體塊，γ射線射入所述單晶體塊，并在所述單晶體塊內(nèi)部進(jìn)行能量沉積，放射出光子，所述單晶體塊表面上的sipm吸收所述光子后進(jìn)行響應(yīng)，輸出電流脈沖；

4、時(shí)間讀出電路，所述時(shí)間讀出電路的輸入端與所述sipm的輸出端連接，所述時(shí)間讀出電路用于使用差分時(shí)間鏈獲取所述sipm輸出電流脈沖的時(shí)間信息，所述差分時(shí)間鏈包括時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器和差分鏈，所述數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出作為所述差分鏈的鎖存時(shí)鐘；

5、定位模塊，所述定位模塊的輸入端與所述時(shí)間讀出電路的輸出端連接，所述定位模塊用于根據(jù)所述時(shí)間信息獲取所述光子在所述單晶體塊中的定位信息。

6、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于差分時(shí)間鏈與連續(xù)晶體的pet探測(cè)器，所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器使用系統(tǒng)時(shí)鐘作為所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器中各抽頭的d觸發(fā)器的鎖存時(shí)鐘，所述差分鏈?zhǔn)褂玫臅r(shí)鐘來(lái)自于所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器中第k個(gè)軸頭的輸出，k根據(jù)所述差分鏈的長(zhǎng)度確定。

7、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于差分時(shí)間鏈與連續(xù)晶體的pet探測(cè)器，所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包括全局時(shí)鐘緩沖區(qū)，所述全局時(shí)鐘緩沖區(qū)用于減小所述第k個(gè)軸頭到各個(gè)觸發(fā)器的延遲。

8、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于差分時(shí)間鏈與連續(xù)晶體的pet探測(cè)器，所述差分鏈的長(zhǎng)度根據(jù)所述單晶體塊的尺寸確定。

9、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于差分時(shí)間鏈與連續(xù)晶體的pet探測(cè)器，所述差分鏈還包括固定延遲模塊，所述固定延遲模塊用于補(bǔ)償所述電流脈沖到達(dá)所述差分鏈上的布線延遲和所述差分鏈的d觸發(fā)器的鎖存時(shí)鐘延遲。

10、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于差分時(shí)間鏈與連續(xù)晶體的pet探測(cè)器，所述固定延遲模塊的延遲時(shí)間補(bǔ)償值通過(guò)以下步驟得到：

11、將同一信號(hào)輸入到所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器和所述差分鏈中，并確定所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器中進(jìn)位鏈的寬度與個(gè)數(shù)的乘積；

12、若所述差分鏈的d觸發(fā)器鎖存輸出1的數(shù)量等于所述乘積，則所述固定延遲模塊的延遲時(shí)間補(bǔ)償值不變；

13、若所述差分鏈的d觸發(fā)器鎖存輸出1的數(shù)量小于所述乘積，則所述固定延遲模塊的延遲時(shí)間補(bǔ)償值減小；

14、若所述差分鏈的d觸發(fā)器鎖存輸出1的數(shù)量大于所述乘積，則所述固定延遲模塊的延遲時(shí)間補(bǔ)償值增大。

15、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于差分時(shí)間鏈與連續(xù)晶體的pet探測(cè)器，所述差分鏈通過(guò)以下公式獲取所述sipm輸出電流脈沖的時(shí)間信息：

16、td＝ts+(d-8×k)×ttdc

17、其中，ts為所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的絕對(duì)時(shí)間，d為所述差分鏈的d觸發(fā)器鎖存輸出1的個(gè)數(shù)，k為所述差分鏈的長(zhǎng)度，ttdc為所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器中各抽頭的平均延遲時(shí)間。

18、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于差分時(shí)間鏈與連續(xù)晶體的pet探測(cè)器，所述單晶體塊的多個(gè)表面耦合有sipm。

19、所述定位模塊的輸入端還與所述能量讀出電路的輸出端連接，所述定位模塊用于根據(jù)所述時(shí)間信息和所述能量信息獲取所述光子在所述單晶體塊中的定位信息。

20、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于差分時(shí)間鏈與連續(xù)晶體的pet探測(cè)器，所述能量讀出電路用于通過(guò)行列數(shù)據(jù)合并或相鄰?fù)ǖ篮喜ⅲ@取所述能量信息。

21、本發(fā)明提供的基于差分時(shí)間鏈與連續(xù)晶體的pet探測(cè)器，通過(guò)在時(shí)間獲取上，利用差分時(shí)間鏈讀出架構(gòu)，極大簡(jiǎn)化讀出電路的復(fù)雜程度和數(shù)據(jù)帶寬，使得讀出電路復(fù)雜度和數(shù)據(jù)帶寬不再是單晶體塊限制因素；為了獲得更精確的定位信息，使用多邊沿耦合架構(gòu)，在單晶體塊的多個(gè)表面都耦合sipm；在能量信息獲取上，由于定位可主要依靠于時(shí)間信息獲取準(zhǔn)確位置，能量信息只用做輔助校準(zhǔn)，因此采用通道合并的思想獲取能量，以降低數(shù)據(jù)帶寬和讀出電路復(fù)雜度，從而大大提高pet探測(cè)器的空間分辨率。