基于fpga的全局时钟分配和tdc模块分析

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1、华中科技大学硕士学位论文在正电子和电子相互湮灭之后，由动量守恒和能量守恒可知湮灭反应之后湮灭地点将产生一对γ光子，以相反的方向从湮灭地点飞出，两个γ光子各自的能量等于511KeV。该过程如图1-1所示。+eγ511Kev511Kevγ−e图1-1正电子和电子相互湮灭的过程−+在这个过程中发生反应的公式为：e+e→γ+γ。PET主机主要进行γ光子的探测及处理、PET数据符合处理和PET图像重建等工作。探测器模块是由闪烁晶体(Scintillator)和光电倍增管(photomultipliertube,PMT)组成的，如

2、图1-2所示。闪烁晶体被用于检测γ光子，闪烁晶体材料在吸收γ光子后被[6][7]激发并产生可见光，可见光光子的数量是由γ光子的能量决定的。接下来光脉冲信号在光电倍增管的阴极被转化为电脉冲信号。图1-2探测器模块结构由于PET系统在工作时通过探测湮灭产生的γ光子对来证实正电子的存在，进而可以得到生物体内示踪剂的浓度分布。由于正确诊断的基础是对γ光子对的精确探测，因而要对探测到的γ光子对进行符合。PET探测器一般会检测到以下三类符合事件：随机符合事件(randomcoincidence)、2华中科技大学硕士学位论文散射符合

3、事件(scatteredcoincidence)和真符合事件(truecoincidence)，如图1-3所示。图1-3符合事件的种类随机符合事件是指不同的湮灭事件产生的两个γ光子在符合检测时被检测器同时检测到，并被判别为同一次湮灭事件产生的γ光子对。在PET中一般采用设置时间常数τ来甄别并校正随机符合事件。散射符合事件是指同一次湮灭事件产生的γ光子对中的一个或两个γ光子在到达检测器之前发生了康普顿散射，这些γ光子的运动方向发生改变，从而导致记录到的符合事件被归为错误的响应连线(LOR,LineofResponse)。

4、真符合事件则是指在同一次湮灭产生的一对γ光子在同一时间被PET系统内的一对相向的检测器检测到，在到达检测器之前这对γ光子没有收到任何形式的干扰，也没用发生衰减。确定真符合事件需要尽量排除随机事件和散射事件。对于产生的γ光子，需要经过时间符合甄别和能量符合甄别进行甄别，以确保最后产生的噪声尽可能的少，从而保证成像质量。经过时间符合和能量符合后，可以得到通过甄别的电脉冲信号，因而可以认为产生电脉冲信号的两个γ光子是由同一次湮灭事件产生的，并且可以认为湮灭发生的地点就在吸收这对γ光子的两块闪烁晶体的连线上，这条连线被称为响应

5、连线，按响应连线把所有的符合时间相加之后，可以得[8]到PET的投影数据，既原始的正弦图(Sinogram)。然后经过后端的图像处理等步骤，[9]可以重建出生物体内的正电子浓度分布图像。PET的图像重建是PET研究中最关键的一环，有很多不同的数学方法被用来实现[10]图像重建，也不断的有可以改善成像效果的新方法被提出来。一般使用的方法是解析法和迭代法。解析法是以中心切片定理为基础的反投影方法FBP算法对计算能力和存储空间的要求较小，实现简单，重建速度快，在临床使用的PET中广泛使用。随着计算机计算能力的提高，基于物理模

6、型重建PET图像的迭代算法开始逐渐被采用。迭3华中科技大学硕士学位论文代算法通过假设一个初始的统计模型，并把迭代过程中将计算出的值与实测值反复比较，从而得到重建图像。完成图像重建工作后，PET就完成了其全部工作流程。综上所述可以知道，PET的全部工作过程包括正电子和电子的湮灭，对γ光子的能量和时间符合和图像重建等。PET作为一种非侵入式检测手段，它利用能够发射正电子的放射性核素标记的药物作为示踪剂，等到药物其经过生物体的新陈代谢后，通过在生物体外部检测正电子湮灭产生的γ光子对，可以在定性定量和没有创伤的情况下对人体内各

7、个器官的生化反应、新陈代谢水平和功能活动进行有效的动态评估，由于许多病变在解剖学结构和医学症状变得明显之前就能够被PET检测出来，因而PET技术已经被广泛应用于心、[11]肺、脑部和肿瘤等疾病的早期诊断和观察之中。此外，使用PET进行基本的生物[12]医学研究和药物开发也得到了广泛的关注。因此PET在心、肺、脑部和肿瘤等疾病的预防、诊断和治疗过程中起到了不可或缺的作用，具有其特有的价值，PET成像[13]已经成为了这些疾病的诊断与病例的研究中必不可少的方法。1.2全数字化PET系统简介在以往实现的PET系统中，光电倍增

8、管输出的电脉冲信号携带的电荷都通过积分电路进行积累，然后积累起来的电荷总量被用来计算产生这次电脉冲信号的γ光子所具有的能量。积分电路往往需要很长的时间来完成收集电荷的过程，这个时间远远长于闪烁晶体的特征余辉时间(characteristicdecayconstant)。如NaI(Tl)探测器的特征余[14]辉时间为240ns，而积