小動物PET單事件處理電子學(xué)的研究.pdf

1、正電子發(fā)射計算機斷層成像(Positron Emission Tomography,PET)是一種先進(jìn)的核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，它將由放射性核素標(biāo)記的藥物引入生物體，放射性藥物在生物體內(nèi)隨著代謝重新分布后，由PET探測器捕獲正負(fù)電子湮滅產(chǎn)生的γ光子，并經(jīng)過測量和圖像重建得到放射性藥物在體內(nèi)的分布及動態(tài)變化圖像。PET成像技術(shù)目前已經(jīng)成為重要的臨床醫(yī)療診斷手段和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要研究工具。
　　小動物PET作為PET成像系統(tǒng)的一個重要應(yīng)用，

2、近年來成為研究熱點。相較于人體臨床PET成像系統(tǒng)，需要更高的分辨率來觀察更小的小動物組織。小動物PET成像系統(tǒng)的性能由探測器、電子學(xué)分辨率和圖像重建算法共同影響。對于高精度的小動物PET探測器，自然需要高精度的電子學(xué)系統(tǒng)來處理其產(chǎn)生的信號。因此研究結(jié)構(gòu)簡單、精度高的電子學(xué)系統(tǒng)是小動物PET領(lǐng)域的研究熱點之一。小動物PET的電子學(xué)系統(tǒng)主要由前端放大電路、單事件處理電子學(xué)和符合電子學(xué)組成，其中單事件處理電子學(xué)是系統(tǒng)的核心功能部分。
　

3、　本文針對一款高性能小動物PET成像系統(tǒng)，設(shè)計了前端讀出電子學(xué)中的單事件處理電子學(xué)。此電子學(xué)主要完成SiPM(Silicon Photon Multiplier)輸出信號的電荷和時間測量，進(jìn)而得到探測器產(chǎn)生事例的能量、電荷和時間信息。本論文針對小動物PET讀出需求研究了相應(yīng)的高精度電荷和時間測量技術(shù)，并基于FPGA(Field Program Gate Array)中設(shè)計了相應(yīng)處理算法，實現(xiàn)了小動物PET成像系統(tǒng)工作時所需的功能。時間測

4、量使用模擬求和、前沿甄別結(jié)合時間-數(shù)字變換(TDC)技術(shù);電荷測量采用濾波成形、波形數(shù)字化結(jié)合數(shù)字求和算法，保證了電子學(xué)的測量精度。在上述研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行了實際的單事件處理電子學(xué)的設(shè)計和測試。電子學(xué)測試結(jié)果表明，單事件處理單元在2V輸入信號下，電荷測量半高全寬(FWHM)精度好于3‰，時間測量FWHM精度好于300ps，位置測量FWHM精度好于3‰，這些性能均好于應(yīng)用需求。最后，完成了電子學(xué)與探測器的初步聯(lián)合測試，測試結(jié)果表明單事件處理

5、電子學(xué)功能和性能均滿足應(yīng)用需求。
　　本論文結(jié)構(gòu)安排如下:
　　第一章介紹了PET成像系統(tǒng)的工作原理和應(yīng)用價值，以及小動物PET系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和研究歷史;
　　第二章針對小動物PET的讀出需求，調(diào)研了主要的時間和電荷測量方法，并列出了典型的小動物PET成像讀出電子學(xué)系統(tǒng)。這為本論文單事件處理電子學(xué)的研究提供了重要參考。
　　第三章介紹了單事件處理電子學(xué)中各部分具體的電路設(shè)計，詳細(xì)論述了電路仿真結(jié)果、關(guān)鍵參數(shù)的討論以及一