[发明专利]一种时间标记组合的方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及数字信号处理、光电信号处理和核探测领域，尤其涉及一种事件到达时间标记组合的方法与系统。

背景技术

在正电子寿命谱仪、正电子角度-动量关联分析仪等核分析领域，双符合高能粒子甄别器等核探测领域，以及正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography，以下简称PET)等医学影像领域，探测器部分的工作机理主要分为两种：一种是通过闪烁体将高能光子转化为能量较低的可见光子或紫外光光子，再将可见光光子或紫外光光子通过光电器件转化为电信号；另一种是将高能光子通过碲锌镉(以下简称CZT)等半导体材料直接转化为电信号。以上两种工作机理下的探测器输出均为电信号。

PET系统中，较好的时间分辨率可以提升系统的性能，扩大应用范围。首先，当时间分辨率足够好时(例如小于800皮秒)，根据两个电脉冲的到达时间差推断发生正电子湮灭的位置，这个位置的值满足高斯分布，这个分布的半高全宽小于12cm(对应于800皮秒)。这个位置信息的引入，对于提高图像信噪比有明显的作用。其次，优良的时间分辨率还有利于更好的拒绝散射，提高系统噪声等效计数。再次，时间差携带了符合事件在沿着响应线(Line Of Response，简称LOR)方向的定位能力，所以引入了时间信息的PET图像重建可以减少对投影数据的完备性要求，实现不完全数据图像重建。再次，引入时间信息的PET系统，可以同时获取衰减数据和发射数据，缩短扫描时间，减少了硬件系统的复杂度。并且使系统可以同时对几只小鼠进行单独成像，而不发生混叠。

为了提高系统的时间分辨率，通常的做法有：a、选用衰减更快的晶体。b、选用渡越时间分散更小、量子效率更高的光电倍增管。c、优化时间标记方法。做法a和b通常是给定的，所以做法c是业内普遍关心的问题。

前沿甄别器(Leading Edge Discrimination，以下简称LED)是PET数据获取系统中获取脉冲到达时间的一种最简单的时间标记方式。通过设置一个基准电压，当脉冲电压幅值超过该电压基准时，将该时间值表征单事件到达时间。这种方法由于实现简单，噪声引起的时间抖动小而广泛应用于处理脉冲上升沿较为陡峭且幅值变化较小的情形中。不足的是，该方法容易受到脉冲幅度和上升沿斜率的涨落的影响而产生时间游走，造成时间标记的准确率下降。

为了消除由于脉冲幅度引起的时间游走现象，有人提出了一种恒比甄别器(Constant Fraction Discrimination，以下简称CFD)的方法。它是将闪烁脉冲分为两路信号，一路信号经过CFD的衰减端进行衰减反相，另一路信号经过CFD的延迟端进行固定时间的延迟；然后延迟和衰减反相信号相加产生一个双极性信号，并由CFD中的过零甄别器对这个双极性信号的过零点进行检测。该过零时刻即是CFD时间标记的事件到达时刻。通过对CFD中的延迟时间和衰减比例进行优选，CFD能够较好地消除由脉冲幅度和上升时间涨落引起的定时误差，从而使PET数据获取系统获得较好的时间性能。

无论是LED方法还是CFD方法，在传统的时间获取系统中它们都是在模拟电路中发展起来的。这些模拟电路的性能参数往往会随着时间、温度和工作环境的变化而产生漂移，在实际系统中难以保持在高性能的状态。特别地，对于PET这样具有成千上万探测通道的系统来说，对这些性能参数的校正无疑是巨大的挑战。