CN106361361A - 一种信息处理方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种信息处理方法和装置，其中方法包括：SiPM探测器产生对应γ光子的模拟脉冲信号；与所述SiPM探测器1:1对应连接的信号处理模块，将所述模拟脉冲信号分成时间信号和能量信号；对时间信号和能量信号进行标定测量，得到对应所述γ光子的事件信息。本申请提高了时间标定的准确性。
Description
技术领域
本申请涉及医疗设备技术，特别涉及一种信息处理方法和装置。
背景技术
在医疗领域的影像学诊断技术中，通常可以将放射性物质注射入被扫描对象的体内，并由探测装置探测该物质，根据该物质的接收信息就可以重建出被扫描对象的组织图像，根据图像诊断被扫描对象的病灶。例如，正电子发射计算机断层扫描(PositronEmission Tomograph，简称：PET)***是当今医疗领域中的一种先进的分子影像学诊断设备，利用PET诊断时，可以选择一种含正电子核素的脱氧葡萄糖标记作为示踪剂，将其注射到受检人体内，示踪剂进入人体后其中的正电子核素会释放出正电子e+，e+在人体内运动一段距离后，会与周围环境中的负电子e-发生湮灭，产生一对能量相等、传播方向相反的γ光子，这一过程成为正电子湮灭事件。利用PET***的探测装置，可以探测出湮灭事件产生的γ光子，并通过信息处理得到γ光子对应的接收时间和能量信息等，进而根据时间和能量等信息进行符合判定等后续处理，最终获得扫描图像。
如上的PET探测的例子中，PET***的探测装置在接收到γ光子后，分析该γ光子对应的时间和能量等信息的过程，通常如下：晶体接收γ光子产生光信号，与晶体连接的SiPM探测器将光信号转换为电信号，与探测器连接的一系列处理电路对电信号进行放大、比较等处理，得到标定的光子接收时间和能量等。现有技术中，多个探测器共用一个通道的处理电路，即由该通道的处理电路负责处理上述多个探测器接收到的光子信息。这种方式容易产生多探测器信号的叠加，使得时间标定中使用的基线产生漂移，进而使得时间标定不准确。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种信息处理方法和装置，以提高时间标定的准确性。
具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：
第一方面，提供一种信息处理方法，所述方法包括：
SiPM探测器产生对应γ光子的模拟脉冲信号；
与所述SiPM探测器1:1对应连接的信号处理模块，将所述模拟脉冲信号分成时间信号和能量信号；
对时间信号和能量信号进行标定测量，得到对应所述γ光子的事件信息。
第二方面，提供一种信息处理装置，所述装置包括：
SiPM探测器，所述SiPM探测器与晶体连接，用于产生对应所述晶体接收到的γ光子的模拟脉冲信号；
与所述SiPM探测器1:1对应连接的信号处理模块，所述信号处理模块用于将所述模拟脉冲信号分成时间信号和能量信号，并对所述时间信号和能量信号进行标定测量，得到对应所述γ光子的事件信息。
本申请提供的信息处理方法和装置，通过采用了SiPM探测器与信号处理模块1:1对应连接的结构，使得在多探测器的传统架构方式中出现的信号叠加问题得到解决，提高了时间标定的准确性；并且，通过将模拟脉冲信号分成了时间信号和能量信号，使得时间和能量等事件信息的测量更加准确。
附图说明
图1是本申请一示例性实施例示出的一种SiPM探测器的应用结构图；
图2是本申请一示例性实施例示出的一种SiPM探测器的输出波形；
图3是本申请一示例性实施例示出的一种信号处理方法的流程图；
图4是本申请另一示例性实施例示出的一种信号处理方法的流程图；
图5是本申请一示例性实施例示出的一种时间信号波形图；
图6是本申请一示例性实施例示出的一种能量信号波形图；
图7是本申请一示例性实施例示出的一种信号处理装置的结构图；
图8是本申请另一示例性实施例示出的一种信号处理装置的结构图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
SiPM(硅光电倍增管)是近年来逐渐兴起的一种用于PET的光电探测器件，与传统的光电倍增管PMT相比，具有尺寸小和工作电压低等优点。SiPM可以由数百至数万个直径为几到几十微米的APD(Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管)单元阵列集成在同一个单晶硅片上构成，每一个APD单元都工作在盖革模式下，即工作电压比击穿电压高若干伏的雪崩状态。当某一个APD单元接收到一个光子时，所产生的光生载流子将触发雪崩，引起回路有一个较大的电流脉冲。由于这种器件可以像光电倍增管一样进行单光子探测，因此被称作硅光电倍增探测器。
将上述的SiPM探测器应用于PET进行单光子探测时，应用结构可以结合参见图1和图2所示。如图1所示，SiPM探测器11可以与晶体12连接，晶体12在接收到正电子湮灭事件产生的γ光子时，生成对应的光信号，该光信号可以被与晶体12连接的SiPM探测器11转换为电信号，该电信号是一个脉冲波形，图2示例了该脉冲波形。如图2所示，该脉冲波形表示，γ光子撞击晶体将产生一个上升的尖锐脉冲(例如，图2中的区域M)，然后该脉冲波形再逐渐下降(例如，图2中的区域N)。图2中的基线13作为波形变化的基础，即每次γ光子产生的脉冲波形，都是以该基线13为基础，由基线13开始上升，再下降至基线13。例如，假设又有一个γ光子被晶体接收，那么与该晶体连接的SiPM探测器将又输出一个类似图2所示的脉冲波形。
请继续参见图1，对于SiPM探测器11输出的模拟脉冲信号，还需要通过信号处理模块14的处理(例如，信号放大、信号比较等)，分析出γ光子的接收时间、γ光子的能量信息等。这些时间和能量信息可以用于后续的符合判定、图像处理等，因此，信息获取的准确性直接影响到后续处理的性能。
如图1所示，本例子中设置一个SiPM探测器11对应连接一个信号处理模块14，例如图1所示，另一个SiPM探测器15可以对应连接一个信号处理模块16。其中，信号处理模块的具体结构以及对信号的处理方式，后续实施例将详述。上述的一个SiPM探测器和一个信号处理模块，一一对应连接的结构，可以称为“1:1架构”，即SiPM探测器1:1对应连接信号处理模块。
在上述的SiPM探测器的应用结构的描述基础上，图3描述了通过该应用结构进行信息处理的方法流程，该信息处理主要指的是在发生正电子湮灭事件时，如何通过SiPM探测器和信号处理模块测量得到本次湮灭事件的事件信息(例如，γ光子的时间和能量)的过程。如图3所示，该信号处理方法可以包括：
在步骤301中，SiPM探测器产生对应γ光子的模拟脉冲信号；
例如，当正电子湮灭事件产生的γ光子到达晶体时，与晶体连接的SiPM探测器可以输出类似图2的模拟脉冲信号，即γ光子碰撞晶体触发了一个模拟脉冲信号。
在步骤302中，与所述SiPM探测器1:1对应连接的信号处理模块，将模拟脉冲信号分成时间信号和能量信号。
本步骤中的与SiPM探测器1:1对应连接的信号处理模块，例如可以是，图1所示的与SiPM探测器11对应连接的信号处理模块14，或者，与SiPM探测器15对应连接的信号处理模块16。
本例子的信号处理模块可以将SiPM探测器产生的模拟脉冲信号分成两路信号，一路信号通过电路处理生成时间信号，另一路信号通过电路处理生成能量信号。其中，时间信号是将图2所示的脉冲波形中的起始尖锐脉冲提取出来，以更准确的测量时间，能量信号是将图2所示的脉冲波形进行滤波平滑，以消除波形中的锯齿，更准确的测量能量。
在步骤303中，对时间信号和能量信号进行标定测量，得到对应所述γ光子的事件信息。
本步骤中所述的事件信息，例如可以包括湮灭事件产生的γ光子的时间和能量信息，当然，事件信息还可以包括其他信息，比如，γ光子的接收位置，本例子只对其中的时间信息和能量信息的获取进行说明。
例如，本例子中的信号处理模块可以采用数字芯片进行事件信息的标定，其中，可以根据步骤302中的时间信号标定事件发生时间，并根据能量信号标定事件的能量。上述的数字芯片可以包括：FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、TDC等芯片。
本例子的信息处理方法中，通过采用了SiPM探测器与信号处理模块1:1对应连接的结构，使得在多探测器的传统架构方式中出现的信号叠加问题得到解决，提高了时间标定的准确性；并且，通过将模拟脉冲信号分成了时间信号和能量信号，使得时间和能量等事件信息的测量更加准确。
如下再通过图4的例子，详细描述一个通过对湮灭事件的信息处理得到事件信息的过程。在本过程中，对SiPM探测器产生的模拟脉冲信号的处理，包括了信号分路(分成时间和能量)、信号放大和偏移(以用于比较)、信号比较(转成数字脉冲信号)以及信号标定(根据数字脉冲信号进行标定)几个部分。如图4所示，可以包括：
在步骤401中，SiPM探测器产生对应γ光子的模拟脉冲信号。
例如，SiPM探测器产生的模拟脉冲信号如图2的示例，该模拟脉冲信号是在发生了正电子湮灭事件，事件中的γ光子被晶体接收后生成。
在步骤402中，信号处理模块将SiPM探测器产生的模拟脉冲信号分成两路，其中一路通过微分放大电路和直流衰减电路的处理，得到时间信号，另一路通过滤波平滑处理得到能量信号。
本步骤中，信号处理模块可以将步骤401中的模拟脉冲信号分成两路。
其中一路经过信号处理模块中的微分放大电路和直流衰减电路的处理后，可以得到图5所示的时间信号。例如，如图5所示，时间信号是由SiPM探测器输出的模拟脉冲信号中提取出起始脉冲，由图5中可以看到一个尖锐脉冲区域Q，这是脉冲发生时的上升沿，可以根据这种起始上升的尖锐脉冲来标定γ光子的接收时间，因此可以将图5的提取信号称为时间信号，后续据此进行时间标定。
其中，微分放大电路的处理，可以使得时间信号更加陡峭，比如图5所示的尖锐脉冲相对于图2所示的模拟脉冲信号，起始脉冲部分更加凸显，这样有助于进一步提高时间标定的精度。而直流衰减电路的处理，可以有效降低基线漂移的影响，使得基线更加稳定。微分放大电路和直流衰减电路的综合处理，既使得起始脉冲更加陡峭，时间信号本身更能够准确标定时间，并且还可以去除影响时间标定的基线因素，从而能够使得时间标定准确性显著提高。因此，经过上述的微分放大电路和直流衰减电路处理后得到的时间信号，相对于传统方式中的根据SiPM探测器产生的模拟脉冲信号标定时间，将使得时间测量的准确度显著提高。
另一路信号可以通过信号处理模块中的RC(Resistance-Capacitance Circuits)滤波电路进行滤波平滑，平滑后得到的波形可以如图6所示，图6所示的能量信号，对SiPM探测器输出的模拟脉冲信号进行了滤波平滑处理，去除了信号中的类锯齿波形，有助于后续比较器处理得到的高低电平更准确，从而有助于更准确的测量能量信息。其中，在滤波平滑处理时，选取的滤波参数的原则是能够有效去除缓慢下降时刻的锯齿波形，例如，可以将滤波参数中的滤波时间常数T设置为10ns。图6示例了经过滤波平滑处理后的能量信号X，相对于原模拟脉冲信号更为平滑，锯齿波形减少。
此外，还可以将能量信号进行放大，放大后的信号由于对后续比较时的基准电平的敏感度下降，有助于更准确的测量能量信息。
在步骤403中，根据所述信号处理模块中的数字芯片采用的基准电平，对时间信号和能量信号进行信号偏移。
本例子中，步骤402中分路得到的能量信号和时间信号，可以经过信号处理模块中的数字芯片的比较处理，得到高低电平的数字脉冲信号，其中，该做比较处理的数字芯片是用于进行数字脉冲转换的芯片。其中，该数字脉冲信号的获得不再依据传统方式中的阈值方法，而是依据数字芯片采用的基准电平。例如，假设数字芯片FPGA采用的基准电平是GTL电平，该电平的参考电压是VO，输入信号高于VO则认为是高电平，低于VO则认为是低电平，可以实现与模拟比较器相同的比较效果。
但是，SiPM探测器输出的模拟脉冲信号，包括分路出来的时间信号和能量信号，信号的基线baseline与数字芯片的基准电平之间的差值可能较大。因此，本步骤将对时间信号和能量信号进行信号偏移，以使得降低数字芯片的基准电平与基线之间的差值，偏移的数值可以是基准电平与原设定阈值之间的差值。
例如，假设数字芯片的基准电平V0＝2.5，并且原信号想要设定的比较阈值是Vneed为0.2，则偏移电压:Voff＝V0-Vneed＝2.5—0.2＝2.3，即将原信号向上偏移2.3，就可以进行与VO的比较，得到高低电平的数字脉冲信号。
在步骤404中，通过信号处理模块中的数字芯片对偏移后的时间信号和能量信号进行比较处理，得到高低电平的数字脉冲信号。
本步骤中，可以将偏移后的时间信号和能量信号输入到数字芯片，由数字芯片根据基准电平进行比较处理。其中，时间信号和能量信号输入的数字芯片，可以使用相同的数字芯片，或者也可以使用不同的数字芯片。例如，可以将时间信号输入到TDC芯片，将能量信号输入到FPGA芯片等。或者，时间信号和能量信号都输入到FPGA芯片。
数字芯片进行比较处理所采用的基准电平，可以优选使用具有标准参考电压，且无亚稳态输入状态的电平，例如，GTL、GTL+、HSTL等，这些电平可以使得基于同一个基准电平，对时间和能量信号进行比较处理得到数字脉冲信号。比如，上述电平的标准参考电压可以为V0，高于V0则为高电平，低于V0则为低电平。
由上述描述可知，本例子在信号处理模块中采用数字芯片进行信号比较，这样就节省了模拟比较器，并且可以通过数字芯片的基准电平进行比较，避免了传统方式中通过模拟电路采用的阈值设定方式，节省了阈值设定电路，这些节省器件的结构都提高了***的集成度，有助于缩小信号处理模块的规模，降低***功耗，且利于1:1架构的形成。
在步骤405中，通过所述信号处理模块中的数字芯片，对比较处理后的数字脉冲信号进行时间测量和能量测量，得到γ光子的时间信息和能量信息。
本步骤中，在通过数字芯片将时间信号和能量信号转换成高低电平的数字脉冲信号后，该数字脉冲信号可以经过数字芯片处理，进行时间标定得到γ光子的时间信息，还可以通过数字芯片处理进行能量测量，得到γ光子的能量信息。其中，时间标定即测量时间信号转换为的数字脉冲信号的上升沿的时间，作为湮灭事件的发生时间；能量测量是测量能量信号对应转换成的数字脉冲信号的脉宽即上升沿和下降沿的时间差，该时间差可以用于表示γ光子的能量，或者，也可以根据时间差计算出能量值(可以根据预先获得的时间差与能量值的对应转换关系计算)。
本步骤使用的数字芯片与步骤404中的数字芯片可以相同也可以不同，例如，时间标定仍然可以通过TDC芯片测量，或者，也可以采用FPGA进行时间标定和脉宽测量，例如可以采用延时链方式。其中，能量信息测定后，还可以根据脉宽判定本次事件是否有效，比如，达到一定能量值的事件才被认为是有效事件，对于有效事件可以存储对应的时间信息。
在传统方式中，正是由于使用模拟电路进行信号的比较和测量，所以电路结构较为庞大，对于尺寸较小的SiPM探测器来说，就很难与庞大电路结构的信号处理模块之间形成“1:1架构”，而是多个探测器共用一套电路；本例子通过采用数字芯片例如FPGA进行时间标定和脉宽测量，数字芯片具有较高的集成度，该数字芯片的采用替代了传统方式中的模拟电路，节省了大量模数转换芯片，也使得***的集成度大大提高，能够更方便的实现“1:1架构”，也降低了***成本和功耗。另外，通过数字化(转化为数字脉冲信号)测量脉冲信号的能量信息，能够避免传统设置阈值的方式，可以测量效率更高，省去大量的数模或模数转换器件。
图7示例了一种信号处理装置，该装置可以执行上述的信号处理方法，如图7所示，该装置可以包括：SiPM探测器71和信号处理模块72；
其中，SiPM探测器71，所述SiPM探测器与晶体连接，用于产生对应所述晶体接收到的γ光子的模拟脉冲信号；
与所述SiPM探测器1:1对应连接的信号处理模块72，用于将所述模拟脉冲信号分成时间信号和能量信号，并对所述时间信号和能量信号进行标定测量，得到对应所述γ光子的事件信息。
一个PET装置可以包括多个图7所示的信号处理装置。
在一个例子中，可以参见图8，该装置中的信号处理模块72可以包括：
时间信号生成子模块721，用于对SiPM探测器产生的模拟脉冲信号中的其中一路模拟脉冲信号进行微分放大和直流衰减，得到所述时间信号；
例如，该时间信号生成子模块721中可以包括微分放大电路和直流衰减电路，通过这两种电路对模拟脉冲信号处理得到时间信号。
能量信号生成子模块722，用于对SiPM探测器产生的模拟脉冲信号中的另一路模拟脉冲信号进行滤波平滑处理，得到所述能量信号。
例如，能量信号生成子模块722中可以包括RC滤波电路，通过该电路对模拟脉冲信号进行滤波平滑得到能量信号。
在一个例子中，该装置中的信号处理模块72还可以包括：
数字芯片723，用于将所述时间信号和能量信号转换为数字脉冲信号，标定所述时间信号对应的数字脉冲信号的上升沿的时间，得到所述模拟脉冲信号的发生时间；并标定所述能量信号对应的数字脉冲信号的脉宽，得到所述模拟脉冲信号的信号能量。
其中，上述用于将时间信号和能量信号转换为数字脉冲的数字芯片，与标定时间和能量的数字芯片，可以相同，也可以不同；并且，用于处理时间信号和能量信号的芯片，同样可以相同也可以不同。
在一个例子中，该装置中的信号处理模块72还可以包括：信号偏移电路724，用于根据所述数字芯片采用的基准电平，对所述时间信号和能量信号进行信号偏移。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种信息处理方法，其特征在于，所述方法包括：
SiPM探测器产生对应γ光子的模拟脉冲信号；
与所述SiPM探测器1:1对应连接的信号处理模块，将所述模拟脉冲信号分成时间信号和能量信号；
对所述时间信号和能量信号进行标定测量，得到对应所述γ光子的事件信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述模拟脉冲信号分成时间信号和能量信号，包括：
将所述SiPM探测器产生的模拟脉冲信号分为两路；
其中一路模拟脉冲信号通过微分放大电路和直流衰减电路，得到所述时间信号；
另一路模拟脉冲信号通过滤波平滑处理，得到所述能量信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述能量信号进行放大。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述时间信号和能量信号进行标定测量，得到对应所述γ光子的事件信息，包括：
通过所述信号处理模块中的数字芯片，将所述时间信号和能量信号转换为数字脉冲信号；
通过所述信号处理模块中的数字芯片，标定所述时间信号对应的数字脉冲信号的上升沿的时间，得到所述模拟脉冲信号的发生时间，并标定所述能量信号对应的数字脉冲信号的脉宽，得到所述模拟脉冲信号的信号能量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据用于数字脉冲转换的所述数字芯片采用的基准电平，对所述时间信号和能量信号进行信号偏移。
6.一种信息处理装置，其特征在于，所述装置包括：
SiPM探测器，所述SiPM探测器与晶体连接，用于产生对应所述晶体接收到的γ光子的模拟脉冲信号；
与所述SiPM探测器1:1对应连接的信号处理模块，所述信号处理模块用于将所述模拟脉冲信号分成时间信号和能量信号，并对所述时间信号和能量信号进行标定测量，得到对应所述γ光子的事件信息。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块，包括：
时间信号生成子模块，用于对SiPM探测器产生的模拟脉冲信号进行微分放大和直流衰减，得到所述时间信号；
能量信号生成子模块，用于对SiPM探测器产生的模拟脉冲信号进行滤波平滑处理，得到所述能量信号。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
所述时间信号生成子模块，包括：微分放大电路和直流衰减电路；
所述能量信号生成子模块，包括：RC滤波电路。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块，还包括：
数字芯片，用于将所述时间信号和能量信号转换为数字脉冲信号，标定所述时间信号对应的数字脉冲信号的上升沿的时间，得到所述模拟脉冲信号的发生时间；并标定所述能量信号对应的数字脉冲信号的脉宽，得到所述模拟脉冲信号的信号能量。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块，还包括：信号偏移电路，用于根据所述数字芯片采用的基准电平，对所述时间信号和能量信号进行信号偏移。
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