CN112051600A - 通道复用电路及成像*** - Google Patents
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Abstract
本公开是关于一种通道复用电路及成像***，所述通道复用电路用于采集成像***的探测器阵列产生的成像信号，包括：电阻网络，所述电阻网络具有至少一个信号采集节点，每个所述信号采集节点与所述探测器阵列中的一个探测器连接，用于采集对应的所述探测器生成的成像信号；校正网络，所述校正网络包括至少一个校正单元，每个校正单元与所述探测器阵列中的一个探测器连接，用于校正对应的所述探测器生成的成像信号的畸变误差，以使所述信号采集节点采集校正后的成像信号，其中，所述畸变误差为探测器与电阻网络间形成的电容电阻电路引起的误差。
Description
技术领域
本公开涉及医疗设备领域，具体涉及一种通道复用电路及成像***。
背景技术
正电子发射型计算机断层显像(PET)技术，是一种可在活体上显示生物分子代谢、受体及神经介质活动的新型影像技术，现已广泛用于多种疾病的诊断与鉴别诊断、病情判断、疗效评价、脏器功能研究和新药开发等方面。在PET成像技术中，物质衰变过程中释放出的正电子遇到电子后会产生一对光子，这对光子需要使用探测器阵列进行探测，以生成用于成像的成像信号。相关技术中，用于采集成像信号的通道复用电路会引起测量误差，影响成像质量。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本公开实施例提供一种通道复用电路及成像***，用以解决相关技术中的缺陷。
根据本公开实施例的第一方面，提供一种通道复用电路，用于采集成像***的探测器阵列产生的成像信号，包括：
电阻网络，所述电阻网络具有至少一个信号采集节点，每个所述信号采集节点与所述探测器阵列中的一个探测器连接，用于采集对应的所述探测器生成的成像信号；
校正网络，所述校正网络包括至少一个校正单元，每个校正单元与所述探测器阵列中的一个探测器连接，用于校正对应的所述探测器生成的成像信号的畸变误差，以使所述信号采集节点采集校正后的成像信号，其中，所述畸变误差为探测器与电阻网络间形成的电容电阻电路引起的误差。
在一个实施例中，所述探测器具有阴极和阳极，所述校正单元包括偏压电阻、隔离电容和消除放大器，所述探测器的阳极分别与所述信号采集节点和所述消除放大器的正相输入端连接，所述探测器的阴极分别与所述偏压电阻的一端和所述隔离电容的一端连接，所述偏压电阻的另一端与所述偏置电压连接，所述隔离电容的另一端分别与所述消除放大器的反相输入端和输出端连接；
其中，所述消除放大器用于消除所述探测器的阴极和阳极的电势差。
在一个实施例中，所述电阻网络为至少一个第一电阻支路和两个第二电阻支路形成的网络结构，其中，所述第一电阻支路包括依次连接的至少两个电阻，所述第二电阻支路包括依次连接的至少两个电阻，所述第一电阻支路的相邻两个电阻间形成一个信号采集节点，所述第一电阻支路的一端与一个所述第二电阻支路形成一个连接点，所述第一电阻支路的另一端与另一个所述第二点租支路形成另一个连接点。
在一个实施例中，还包括至少四个信号采集模块，其中，每个所述信号采集模块与一个所述连接点连接，用于通过所述连接点获取各个信号采集节点采集到的成像信号。
在一个实施例中，所述信号采集模块包括相互连接的积分器和模数转换器，其中，所述积分器与对应的所述连接点连接。
在一个实施例中，还包括依次连接的时间信号求和模块和定时触发模块，所述时间信号求和模块与至少四个所述连接点连接；
其中，所述时间信号求和模块用于将通过所述至少四个连接点采集的成像信号进行时间求和，所述定时触发模块用于根据所述时间信号求和模块的求和结果输出时间信号。
在一个实施例中，所述校正单元还包括加和电阻，所述加和电阻分别与所述消除放大器的反相输入端和所述消除放大器的输出端连接。
在一个实施例中，还包括依次连接的时间求和模块和定时触发模块，所述时间求和模块与每个所述校正单元的加和电阻连接；
其中，所述时间信号求和模块用于将通过各个所述校正单元采集的成像信号进行时间求和，所述定时触发模块用于根据所述时间信号求和模块的求和结果输出时间信号。
在一个实施例中，还包括依次连接的能量求和模块和判断模块，所述能量求和模块与每个所述信号采集模块连接，所述判断模块与所述定时触发模块连接；
其中，所述能量求和模块用于将通过所述至少四个信号采集模块采集的成像信号进行能量求和，所述判断模块用于比较所述能量求和模块的求和结果与预设的能量阈值，所述定时触发模块用于根据所述时间信号求和模块的求和结果和所述判断模块的比较结果输出时间信号。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种成像***，包括第一方面任一项所述的通道复用电路。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本公开通过设置具有至少一个信号采集节点的电阻网络，然后利用每个信号采集节点对应采集一个探测器的成像信号，并且通过设置具有至少一个校正单元的校正网络，然后利用每个校正单元对应校正一个探测器的成像信号的畸变误差。能够使信号采集节点采集经过校正的成像信号，也就是校正了探测器与电阻网络间形成的电容电阻电路引起的畸变误差，进而通道复用电路采集到经过探测器阵列产生的成像信号是经过校正的，因此避免了引起测量误差，提高了成像质量。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本公开一示例性实施例示出的探测器阵列的各个探测器的真实位置；
图2是本公开一示例性实施例示出的探测器阵列的各个探测器的失真后的位置；
图3是本公开一示例性实施例示出的通道复用电路的结构示意图；
图4是本公开另一示例性实施例示出的通道复用电路结构示意图；
图5是本公开又一示例性实施例示出的通道复用电路结构示意图；
图6是本公开又一示例性实施例示出的通道复用电路结构示意图。
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公开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、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
正电子发射型计算机断层显像(PET)技术，是一种可在活体上显示生物分子代谢、受体及神经介质活动的新型影像技术，现已广泛用于多种疾病的诊断与鉴别诊断、病情判断、疗效评价、脏器功能研究和新药开发等方面。在PET成像技术中，物质衰变过程中释放出的正电子遇到电子后会产生一对光子，这对光子需要使用探测器阵列进行探测，以生成用于成像的成像信号。相关技术中，用于采集成像信号的通道复用电路会引起测量误差，影响成像质量。
具体来说，探测器可以等效为一个电流源并联一个寄生电容的形式，探测器与通道复用电路连接后，通道复用电路中的电阻与寄生电容连接，形成电容电阻电路，则导致探测器的电流源产生的电流脉冲受到RC时间常数的影响。因此，如果电流脉冲的持续时间与RC时间常数相比不够长，那么经过通道复用电路采集到的电流脉冲的幅度就会发生畸变，变得比原始峰值小。
而且，通道复用电路的各个位置的电阻率不同，因此不同的探测器处的RC时间常数也存在差异，各个探测器产生的电流脉冲的幅度畸变误差也不统一。这就造成据此确定的电路脉冲的产生位置(即探测器的位置)失真，请参照附图1和附图2，附图1为为各个探测器的真实位置，而附图2为发生失真后的位置。
另外，电容电阻电路还会使探测器产生的电流脉冲的上升沿和下降沿都被拉长，而且由于不同探测器出的RC时间常数存在差异，因此每个探测器产生的电流脉冲被拉长的程度也不尽相同，因此据此来确定的时间信息也会产生较大的定时误差。
基于此，第一方面，本公开至少一个实施例提供了一种用于采集成像***的探测器阵列产生的成像信号的通道复用电路，请参照附图3，其示出了该通道复用电路的结构，包括：
电阻网络310，所述电阻网络具有至少一个信号采集节点311，每个所述信号采集节点311与所述探测器阵列320中的一个探测器321连接(图中仅示出了一对探测器321与信号采集节点311的连接关系)，用于采集对应的所述探测器321生成的成像信号。
其中，所述电阻网络310是一个由多个网络组成的网状结构，所具有的多个信号采集节点311组成一个与探测器阵列320一一对应的节点阵列，这些节点间依次连接。每个信号采集节点311采集对应的探测器321产生的成像信号后，都会经过电阻或其他信号采集节点发送至电阻网络310的至少一个信号收集点，根据各个信号收集点处的信号强度，就可以确定产生成像信号的探测器的位置。
请参照附图4，在一个示例中，电阻网络400具有16个信号采集节点401，并分别与16个探测器402一一对应连接，并且设有A、B、C和D四个信号收集点。可以通过A、B、C、D处的电流IA、IB、IC、ID计算出信号的坐标，例如设原点(0,0)在阵列的中心，用两个信号收集点B、D的电流相加后减去两个信号收集点A、C的电流，再除以四个信号收集点A、B、C、D的电流总和，得到信号的横坐标X；用两个信号收集点A、B的电流相加后减去两个信号收集点C、D的电流，再除以四个信号收集点A、B、C、D的电流总和，得到信号的纵坐标Y，从而得到信号的位置坐标(X,Y)。具体的计算公式如下：
其中，Apeak、Bpeak、Cpeak和Dpeak分别为四个信号收集点A、B、C、D的电流。
请继续参照附图3，通道复用电路还包括校正网络330，所述校正网络330包括至少一个校正单元331，每个校正单元331与所述探测器阵列320中的一个探测器321连接(图中仅示出了一对探测器321与校正单元321的连接关系)，用于校正对应的所述探测器321生成的成像信号的畸变误差，以使所述信号采集节点311采集校正后的成像信号，其中，所述畸变误差为探测器321与电阻网络310间形成的电容电阻电路引起的误差。
其中，校正网络330具有的多个校正单元331与多个探测器321一一对应。每个校正单元331独立校正对应的探测器。
本公开的实施例，通过设置具有至少一个信号采集节点的电阻网络，然后利用每个信号采集节点对应采集一个探测器的成像信号，并且通过设置具有至少一个校正单元的校正网络，然后利用每个校正单元对应校正一个探测器的成像信号的畸变误差。能够使信号采集节点采集经过校正的成像信号，也就是校正了探测器与电阻网络间形成的电容电阻电路引起的畸变误差，进而通道复用电路采集到经过探测器阵列产生的成像信号是经过校正的，因此避免了引起测量误差，提高了成像质量。
在本公开的一些实施例中，所述通道复用电路的结构如附图5所示，下面详细介绍校正网络502的校正单元的结构。所述探测器S具有阴极和阳极，所述校正单元包括偏压电阻Rb、隔离电容C和消除放大器Af，所述探测器S的阳极分别与所述信号采集节点和所述消除放大器Af的正相输入端连接，所述探测器S的阴极分别与所述偏压电阻Rb的一端和所述隔离电容C的一端连接，所述偏压电阻Rb的另一端与所述偏置电压Vbisa连接，所述隔离电容C的另一端分别与所述消除放大器Af的反相输入端和输出端连接；其中，所述消除放大器Af用于消除所述探测器的阴极和阳极的电势差。
其中，偏压电阻Rb给传感器S提供偏置高压，同时提供传感器S的脉冲电压降。消除放大器Af引入深度负反馈，使传感器S上的电势差为零，从而抵消掉脉冲电流在传感器的寄生电容上的冲击响应。隔离电容C可以保持传感器S的偏置电压不被拉低。因此校正单元能够校正电容电阻电路引起的畸变误差，从而使电阻网络能够提取到无畸变的传感器成像信号(例如电流脉冲信号)。
在本公开的一些实施例中，所述通道复用电路的结构如附图5所示，下面详细介绍电阻网络501的结构。所述电阻网络501为至少一个第一电阻支路和两个第二电阻支路形成的网络结构，其中，所述第一电阻支路包括依次连接的至少两个电阻Rr，所述第二电阻支路包括依次连接的至少两个电阻Rc，所述第一电阻支路的相邻两个电阻Rr间形成一个信号采集节点，所述第一电阻支路的一端与一个所述第二电阻支路形成一个连接点，所述第一电阻支路的另一端与另一个所述第二电阻支路形成另一个连接点。
其中，第一电阻支路可以为行电阻，第二电阻支路可以为列电阻。
其中，两个第二电阻支路完全相同，每个第二电阻支路的两端均接地，每个第二电阻支路的相邻电阻Rc间形成一个连接点，两个第二电阻支路的对应连接点间连接一个第一电阻支路。例如，附图5中所示，每个第一电阻支路具有5个电阻Rr，每个第二电阻支路具有5个电阻Rc，两个第二电阻支路形成的四对连接点间一一对应设置四个第一电阻支路。
本公开的实施例，通过两个方向的电阻支路组成电阻网络，进而形成多个信号采集节点，每个信号采集节点均能够用于采集一个探测器产生的成像信号。
在本公开的一些实施例中，所述通道复用电路还包括至少四个信号采集模块，其中，每个所述信号采集模块与一个所述连接点连接，用于通过所述连接点获取各个信号采集节点采集到的成像信号。
其中，所述信号采集模块包括相互连接的积分器和模数转换器(ADC)，其中，所述积分器与对应的所述连接点连接。
请继续参照附图5，在一个示例中，通道复用电路包括四个信号采集模块EA、EB、EC和ED，其中，信号采集模块EA与第二电阻支路的第一个连接点A连接，用于从A点获取各个信号采集点采集到的成像信号，信号采集模块EB与第二电阻支路的第一个连接点B连接，用于从B点获取各个信号采集点采集到的成像信号，信号采集模块EC与第二电阻支路的第一个连接点C连接，用于从C点获取各个信号采集点采集到的成像信号，信号采集模块ED与第二电阻支路的第一个连接点D连接，用于从D点获取各个信号采集点采集到的成像信号。可以通过上述四个信号采集模块采集电荷量，并按如下公式计算产生成像信号的探测器的位置坐标：
其中,QA、QB、QC和QD分别为信号采集模块EA、EB、EC、ED采集到的电荷量，Q∑为QA、QB、QC和QD的和。
在本公开的一些实施例中，所述通道复用电路的结构如附图5所示，所述通道复用电路还包括依次连接的时间信号求和模块503和定时触发模块504，所述时间信号求和模块503与至少四个所述连接点连接；其中，所述时间信号求和模块503用于将通过所述至少四个连接点采集的成像信号进行时间求和，所述定时触发模块504用于根据所述时间信号求和模块503的求和结果输出时间信号。
其中，所述时间信号求和模块503的求和结果为一个脉冲信号，当所述脉冲信号的幅度超过预设的幅度阈值，定时触发模块504可以输出时间信号，或者说发送定时触发信号。定时触发信号发送至时间数字转换器505(TDC)，以供确定成像信号的产生时间。
在本公开的一些实施例中，所述通道复用电路的结构如附图6所示，其中，附图6所示出的通道复用电路与附图5所示出的通道复用电路结构基本相同，不同之处首先体现在校正网络的结构，下面详细介绍校正网络601的校正单元的结构：在校正网络501的校正单元的基础上，所述校正单元还包括加和电阻Rs，所述加和电阻Rs分别与所述消除放大器Af的反相输入端和所述消除放大器Af的输出端连接。
另外，附图6所示出的通道复用电路与附图5所示出的通道复用电路的不同之处还体现在时间求和模块603上，具体的，所述时间信号求和模块603和定时触发模块604连接，所述时间求和模块603还与每个所述校正单元的加和电阻Rs连接，其中，所述时间信号求和模块603用于将通过各个所述校正单元采集的成像信号进行时间求和，所述定时触发模块604用于根据所述时间信号求和模块603的求和结果输出时间信号。
其中，通过各个校正单元直接获取经过校正的成像信号，进一步避免成像信号的畸变，防止因上升沿被拉长而造成确定的时间不准确。
其中，所述时间信号求和模块603的求和结果为一个脉冲信号，当所述脉冲信号的幅度超过预设的幅度阈值，定时触发模块604可以输出时间信号，或者说发送定时触发信号。定时触发信号发送至时间数字转换器605(TDC)，以供确定成像信号的产生时间。
在本公开的一些实施例中，所述通道复用电路的结构如附图5、附图6所示，所述通道复用电路还包括依次连接的能量求和模块506、606和判断模块507、607，所述能量求和模块506、606与每个所述信号采集模块连接，所述判断模块507、607与所述定时触发模块504、604连接；其中，所述能量求和模块506、606用于将通过所述至少四个信号采集模块采集的成像信号进行能量求和，所述判断模块507、607用于比较所述能量求和模块506、606的求和结果与预设的能量阈值，所述定时触发模块504、604用于根据所述时间信号求和模块503、603的求和结果和所述判断模块507、607的比较结果输出时间信号。
其中，当所述时间信号求和模块503、603的求和结果满足预设要求，所述定时触发模块504、604获取判断模块507、607的判断结果，当所述能量求和模块506、606的求和结果在预设的能量区间内时，定时触发模块504、604可以输出时间信号，或者说发送定时触发信号。通过能量求和以及求和结果判断，避免了异常时间信号的误触发，进一步增加了输出时间信号的准确性。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种成像***，包括第一方面任一项所述的通道复用电路。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种通道复用电路，其特征在于，用于采集成像***的探测器阵列产生的成像信号，包括：
电阻网络，所述电阻网络具有至少一个信号采集节点，每个所述信号采集节点与所述探测器阵列中的一个探测器连接，用于采集对应的所述探测器生成的成像信号；
校正网络，所述校正网络包括至少一个校正单元，每个校正单元与所述探测器阵列中的一个探测器连接，用于校正对应的所述探测器生成的成像信号的畸变误差，以使所述信号采集节点采集校正后的成像信号，其中，所述畸变误差为探测器与电阻网络间形成的电容电阻电路引起的误差。
2.根据权利要求1所述的通道复用电路，其特征在于，所述探测器具有阴极和阳极，所述校正单元包括偏压电阻、隔离电容和消除放大器，所述探测器的阳极分别与所述信号采集节点和所述消除放大器的正相输入端连接，所述探测器的阴极分别与所述偏压电阻的一端和所述隔离电容的一端连接，所述偏压电阻的另一端与所述偏置电压连接，所述隔离电容的另一端分别与所述消除放大器的反相输入端和输出端连接；
其中，所述消除放大器用于消除所述探测器的阴极和阳极的电势差。
3.根据权利要求2所述的通道复用电路，其特征在于，所述电阻网络为至少一个第一电阻支路和两个第二电阻支路形成的网络结构，其中，所述第一电阻支路包括依次连接的至少两个电阻，所述第二电阻支路包括依次连接的至少两个电阻，所述第一电阻支路的相邻两个电阻间形成一个信号采集节点，所述第一电阻支路的一端与一个所述第二电阻支路形成一个连接点，所述第一电阻支路的另一端与另一个所述第二电阻支路形成另一个连接点。
4.根据权利要求3所述的通道复用电路，其特征在于，还包括至少四个信号采集模块，其中，每个所述信号采集模块与一个所述连接点连接，用于通过所述连接点获取各个信号采集节点采集到的成像信号。
5.根据权利要求4所述的通道复用电路，其特征在于，所述信号采集模块包括相互连接的积分器和模数转换器，其中，所述积分器与对应的所述连接点连接。
6.根据权利要求4所述的通道复用电路，其特征在于，还包括依次连接的时间信号求和模块和定时触发模块，所述时间信号求和模块与至少四个所述连接点连接；
其中，所述时间信号求和模块用于将通过所述至少四个连接点采集的成像信号进行时间求和，所述定时触发模块用于根据所述时间信号求和模块的求和结果输出时间信号。
7.根据权利要求4所述的通道复用电路，其特征在于，所述校正单元还包括加和电阻，所述加和电阻分别与所述消除放大器的反相输入端和所述消除放大器的输出端连接。
8.根据权利要求7所述的通道复用电路，其特征在于，还包括依次连接的时间信号求和模块和定时触发模块，所述时间求和模块与每个所述校正单元的加和电阻连接，
其中，所述时间信号求和模块用于将通过各个所述校正单元采集的成像信号进行时间求和，所述定时触发模块用于根据所述时间信号求和模块的求和结果输出时间信号。
9.根据权利要求6或8所述的通道复用电路，其特征在于，还包括依次连接的能量求和模块和判断模块，所述能量求和模块与每个所述信号采集模块连接，所述判断模块与所述定时触发模块连接；
其中，所述能量求和模块用于将通过所述至少四个信号采集模块采集的成像信号进行能量求和，所述判断模块用于比较所述能量求和模块的求和结果与预设的能量阈值，所述定时触发模块用于根据所述时间信号求和模块的求和结果和所述判断模块的比较结果输出时间信号。
10.一种成像***，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的通道复用电路。
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