CN202801645U - 一种闪烁脉冲数字化的装置 - Google Patents
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Abstract
一种闪烁脉冲数字化的装置，其包括：闪烁脉冲转换单元，用以实现闪烁脉冲的直流偏置电压V_bias输出；阈值比较单元，用以在待采样脉冲的幅值越过阈值电压时输出一状态的跳变以及该状态跳变所对应的阈值电压；时间数字化单元，用以对状态跳变的时刻进行数字化并识别该状态跳变对应的阈值电压，获取待采样闪烁脉冲越过阈值电压的时间；数据处理与传输单元，用以整合与传输由阈值比较单元与时间数字单元获得的待采样脉冲的电压时间对，完成闪烁脉冲的数字化。本实用新型利用现场可编程门阵列中数字差分接口实现阈值比较，获取闪烁脉冲的电压时间对，从而实现闪烁脉冲的数字化，极大的简化了***结构，提高了***的集成度，降低了***功耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及正电子发射断层成像设备领域，尤其涉及一种正电子发射断层成像设备中闪烁脉冲采集与处理的装置。
背景技术
正电子发射断层成像（Positron Emission Tomography，全文均简称PET）通过捕捉人体内因正子湮灭而发出的gamma光子获取以正电子核素为标记的示踪剂在人体内的分布情况，进而获取脏器功能，代谢等病理生理特征。获取gamma光子所携带的能量、位置以及时间信息的准确性直接影响到***成像的性能。闪烁脉冲采集与处理单元是PET***中的关键核心部件，主要功能为处理前端探测器形成的闪烁脉冲，获取gamma光子所携带的能量、位置以及时间信息。为了保证PET***的性能，希望所使用的闪烁脉冲采集与处理单元，具有精度高，性能稳定，便于实时校正、集成度高等特点。
现有的闪烁脉冲采集与处理单元多由模拟电路和数字电路构成的混合***，闪烁脉冲信息的提取多为模拟电路，数字电路主要用来对相应信息的采集、存储与传输。以这种闪烁脉冲采集与处理单元实现的PET***难以进行实时校正，对工作环境要求严格。
设计实现全数字化的PET***，可以有效的解决上述问题。要实现全数字化PET***，首先需要实现闪烁脉冲采集与处理单元的全数字化。在全数字化闪烁脉冲采集与处理单元的设计与实现方面，Qingguo Xie等人提出了一种基于先验知识的闪烁脉冲数字化方法与装置（Xie,Q.and Kao,C.M.andWang,X.and Guo,N.and Zhu,C.and Frisch,H.and Moses,W.W.and Chen,C.T.,“Potentials of digitally sampling scintillation pulses in timing determinationin PET”,IEEE Transactions on Nuclear Science,vol.56pp.2607-26132009）。该方法通过阈值比较器与时间数字化器件获取脉冲越过设定阈值时的时间实现闪烁脉冲时间轴上的稀疏采样，利用获取的采样数据，根据闪烁脉冲的模型对闪烁脉冲进行重建，通过重建后的闪烁脉冲提取其所携带的信息。这种方法为闪烁脉冲数字化的实现提供了一种低成本的解决方案。增加阈值数可以获得更多的采样数据，提升脉冲重建的准确性，提高相关信息提取的精度。但阈值数的增加同样意味着***中需要更多的阈值比较器，将会极大的增加***功耗，降低***集成度，提高***成本。
因此，针对现有的闪烁脉冲采集与处理技术中存在的问题，有必要提供一种新的数字化闪烁脉冲采集与处理的装置，以克服现有技术中闪烁脉冲采集与处理单元的缺陷。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种能避免使用比较器、提高装置集成度、降低***功耗的闪烁脉冲数字化的装置。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种闪烁脉冲数字化的装置，其包括：
闪烁脉冲转换单元，用以实现闪烁脉冲的直流偏置电压V_bias输出，所述闪烁脉冲转换单元包括直流偏置电路，所述待采样脉冲经过所述直流偏置电路获得分为m路的直流偏置电压V_bias之后接入现场可编程门阵列中支持低压差分信号传输协议的可编程输入输出管脚的一端，其中，m为大于1小于512的整数；
阈值比较单元，用以在闪烁脉冲越过所设任意一阈值电压时输出一状态跳变以及该状态跳变对应的阈值电压；该阈值比较单元由m个低压差分信号输入端口构成，该低压差分信号输入端口用于实现待采样脉冲与阈值电压V_th的比较，在待采样脉冲的幅值越过阈值电压时输出一状态的跳变以及该状态跳变所对应的阈值电压；
时间数字化单元，用以对状态跳变的时刻进行数字化，所述时间数字化单元在现场可编程门阵列中实现p个时间数字化转换器，对上述状态的跳变时刻进行数字化并识别该状态跳变对应的阈值电压，获取待采样闪烁脉冲越过阈值电压的时间，其中p为大于1小于512的整数；
数据处理与传输单元，用以整合与传输由阈值比较单元与时间数字单元获得的待采样脉冲的电压时间对，完成闪烁脉冲的数字化。
优选的，在上述闪烁脉冲数字化的装置中，所述阈值比较单元中低压差分信号接收端口由现场可编程门阵列中的可编程输入输出管脚配置而成，其中待采样脉冲未分路直接经过直流偏置电路获得一直流偏置电压V_bias后再分为m路，每路分别接入低压差分信号接收端口的一端，管脚另一端接入参考电压V_reference；其中，所述直流偏置电压V_bias、参考电压V_reference以及阈值电压V_th之间的关系为：V_reference=V_th+V_bais。
优选的，在上述闪烁脉冲数字化的装置中，所述阈值比较单元中低压差分信号接收端口由现场可编程门阵列中的可编程输入输出管脚配置而成，其中待采样脉冲先分为m路，然后每路分别经过直流偏置电路获得一直流偏置电压V_bias后接入低压差分信号接收端口的一端，管脚另一端接入参考电压V_reference；其中，所述直流偏置电压V_bias、参考电压V_reference以及阈值电压V_th之间的关系为：V_reference=V_th+V_bais。
优选的，在上述闪烁脉冲数字化的装置中，所述阈值比较单元中低压差分信号接收端口由现场可编程门阵列中的可编程输入输出管脚配置而成，其中待采样脉冲分为m路后接入低压差分信号接收端口的一端，管脚另一端接入参考电压V_reference；其中，所述参考电压V_reference以及阈值电压V_th之间的关系为：V_reference=V_th。
优选的，在上述闪烁脉冲数字化的装置中，所述阈值比较单元中低压差分信号接收端口也可为正极性射极耦合逻辑信号接收端口或射极耦合逻辑信号接收端口或电流模式逻辑信号接受端口或微型低电压差分信号接受端口或低摆幅差分信号接受端口或总线型低压差分信号接受端口。
优选的，在上述闪烁脉冲数字化的装置中，所述阈值比较单元中低压差分信号接收端口也可为具有正负输入端并通过正负输入端电压差判断信号逻辑状态的数字信号接受端口。
优选的，在上述闪烁脉冲数字化的装置中，所述阈值比较单元中的阈值比较电路所使用的数字差分信号接收端口由专用集成芯片构成。
从上述技术方案可以看出，本实用新型利用现场可编程门阵列中数字差分接口实现阈值比较，获取闪烁脉冲的电压时间对，从而实现闪烁脉冲的数字化，极大的简化了***结构，提高了***的集成度，降低了***功耗。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
（1）避免使用比较器，节约了成本，提高了装置集成度，降低了***功耗。
（2）利用现场可编程门阵列中数字差分接口实现阈值比较，获取闪烁脉冲的电压时间对，从而实现闪烁脉冲的数字化，简化了***结构。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本实用新型的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型闪烁脉冲数字化的方法的流程图；
图2为本实用新型闪烁脉冲数字化的方法中采用现场可编程门阵列中数字差分接口实现阈值比较的实际测试结果；
图3为本实用新型闪烁脉冲数字化的装置的组成部分的方框图。
具体实施方式
本实用新型公开了一种能避免使用比较器、提高装置集成度、降低***功耗的闪烁脉冲数字化的方法与装置。
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型公开了一种闪烁脉冲数字化的方法，其步骤如下：
（1）根据闪烁脉冲特点设置n个阈值电压V_th，其中，n为大于1小于512的整数；
其中，所述阈值电压V_th的设置标准为：确定待采样闪烁脉冲幅值范围，根据待采样脉冲的幅值选择阈值电压，使得阈值电压均位于待采样闪烁脉冲的幅值范围之内。
所述阈值电压V_th的设置标准还可以为：确定待采样闪烁脉冲幅值范围，根据待采样脉冲的幅值选择阈值电压，使得所设置的阈值电压中至少有一个阈值位于待采样闪烁脉冲的幅值范围之内。
（2）由n个低压差分信号接收端口构成电压比较单元，当待采样脉冲越过步骤（1）中设置的任意一个阈值时，该电压比较单元将会输出一状态跳变以及该状态跳变所对应的阈值电压；其中所述低压差分信号接收端口用于实现闪烁脉冲与阈值电压的比较；
其中，所述低压差分信号接收端口也可以为正极性射极耦合逻辑信号接收端口或射极耦合逻辑信号接收端口或电流模式逻辑信号接受端口或微型低电压差分信号接受端口或低摆幅差分信号接受端口或总线型低压差分信号接受端口。
其中，所述低压差分信号接收端口还可以为具有正负输入端并通过正负输入端电压差判断信号逻辑状态的数字信号接受端口。
其中，所述电压比较单元也可以由电压比较器构成。
其中，所述由低压差分信号接收端口构成电压比较单元的具体实现方法为：该电压比较单元由m个低压差分信号接收端口构成；待采样闪烁脉冲未分路直接经过直流偏置电路获得一直流偏置电压V_bias后再分为m路，每路分别接入低压差分信号接收端口的一端；低压差分信号接收端口的另一端接入参考电压V_reference；其中，m为大于1小于512的整数，所述直流偏置电压V_bias、参考电压V_reference以及阈值电压V_th之间的关系为：V_reference=V_th+V_bais。
其中，所述由低压差分信号接收端口构成电压比较单元的具体实现方法还可以为：该电压比较单元由m个低压差分信号接收端口构成；待采样闪烁脉冲分为m路，每路脉冲均经过直流偏置电路获得一直流偏置电压V_bias后分别接入低压差分信号接收端口的一端；低压差分信号接收端口的另一端接入参考电压V_reference；其中，m为大于1小于512的整数，所述直流偏置电压V_bias、参考电压V_reference以及阈值电压V_th之间的关系为：V_reference=V_th+V_bais。
其中，所述由低压差分信号接收端口构成电压比较单元的具体实现方法还可以为：该电压比较单元由m个低压差分信号接收端口构成；待采样闪烁脉冲分为m路后分别接入低压差分信号接收端口的一端；低压差分信号接收端口的另一端接入参考电压V_reference；其中，m为大于1小于512的整数，所述参考电压V_reference以及阈值电压V_th之间的关系为：V_reference=V_th。
其中，所述低压差分信号接收端口为现场可编程门阵列中支持数字差分信号协议的可编程输入输出管脚配置构成或为专用集成芯片。
（3）利用时间数字转换器对步骤（2）中的状态跳变的时间进行数字化采样；同时识别该状态跳变对应的阈值电压，获得闪烁脉冲电压时间对，完成闪烁脉冲的数字化。
在现场可编程门阵列等逻辑器件中拥有数量众多的差分输入管脚，本实用新型公开的闪烁脉冲数字化的方法通过利用现场可编程门阵列中差分管脚可以判断正负输入端电压大小的特点，闪烁脉冲通过多个数字差分输入管脚输入到现场可编程门阵列等逻辑器件中，利用这种管脚实现了阈值比较器，然后针对闪烁脉冲的特点，采用这种阈值比较器设置多个阈值，并通过时间数字转换器可以获取闪烁脉冲越过阈值时的时间，达到获取闪烁脉冲电压时间对的目的，完成闪烁脉冲的数字化。由于采用差分输入管脚实现了阈值电压比较，极大的简化了***结构；同时，提高了***的集成度，降低了***功耗。
如图2所示，图2中给出了采用现场可编程门阵列中数字差分接口实现阈值比较的实际测试结果。图2中，100代表阀值电压，200代表待采样闪烁脉冲，300代表差分接口输出状态。
如图3所示，本实用新型公开的一种闪烁脉冲数字化的装置，其包括：
闪烁脉冲转换单元，用以实现闪烁脉冲的直流偏置电压V_bias输出，所述闪烁脉冲转换单元包括直流偏置电路，所述待采样脉冲经过所述直流偏置电路获得分为m路的直流偏置电压V_bias之后接入现场可编程门阵列中支持低压差分信号传输协议的可编程输入输出管脚的一端，其中，m为大于1小于512的整数；
阈值比较单元，用以在闪烁脉冲越过所设任意一阈值电压时输出一状态跳变以及该状态跳变对应的阈值电压；该阈值比较单元由m个低压差分信号输入端口构成，该低压差分信号输入端口用于实现待采样脉冲与阈值电压V_th的比较，在待采样脉冲的幅值越过阈值电压时输出一状态的跳变以及该状态跳变所对应的阈值电压；
时间数字化单元，用以对状态跳变的时刻进行数字化，所述时间数字化单元在现场可编程门阵列中实现p个时间数字化转换器，对上述状态的跳变时刻进行数字化并识别该状态跳变对应的阈值电压，获取待采样闪烁脉冲越过阈值电压的时间，其中p为大于1小于512的整数；
数据处理与传输单元，用以整合与传输由阈值比较单元与时间数字单元获得的待采样脉冲的电压时间对，完成闪烁脉冲的数字化。
其中，所述阈值比较单元中低压差分信号接收端口也可为正极性射极耦合逻辑信号接收端口或射极耦合逻辑信号接收端口或电流模式逻辑信号接受端口。
其中，所述阈值比较单元中低压差分信号接收端口也可为具有正负输入端并通过正负输入端电压差判断信号逻辑状态的数字信号接受端口或微型低电压差分信号接受端口或低摆幅差分信号接受端口或总线型低压差分信号接受端口。
其中，所述阈值比较单元中的阈值比较电路所使用的数字差分信号接收端口由专用集成芯片构成。
其中，所述阈值比较单元中低压差分信号接收端口由现场可编程门阵列中的可编程输入输出管脚配置而成。使用低压差分信号接受端口构成阈值比较单元实现待采样脉冲与阈值电压的比较的目的可以通过如下三种方法：
方法一：待采样脉冲未分路直接经过直流偏置电路获得一直流偏置电压V_bias后再分为m路，每路分别接入低压差分信号接收端口的一端，管脚另一端接入参考电压V_reference；其中，所述直流偏置电压V_bias、参考电压V_reference以及阈值电压V_th之间的关系为：V_reference=V_th+V_bais。
方法二：待采样脉冲先分为m路，然后每路分别经过直流偏置电路获得一直流偏置电压V_bias后接入低压差分信号接收端口的一端，管脚另一端接入参考电压V_reference；其中，所述直流偏置电压V_bias、参考电压V_reference以及阈值电压V_th之间的关系为：V_reference=V_th+V_bais。
方法三：待采样脉冲分为m路后接入低压差分信号接收端口的一端，管脚另一端接入参考电压V_reference；其中，所述参考电压V_reference以及阈值电压V_th之间的关系为：V_reference=V_th。
所述时间数字化单元及数据处理与传输单元全部在现场可编程门阵列中实现，所述时间数字化单元的时间数字转换器由现场可编程门阵列中延时链构成，所述阈值比较单元中的阈值比较电路所使用的由数字差分信号接收端口专用集成芯片构成。
现在结合具体实施例对本实用新型做进一步说明：
（1）根据闪烁脉冲特点，选择四个阈值电压，分别为20mV，30mV，40mV，50mV。
（2）闪烁脉冲分为四路，每路通过分立元件获得一直流偏置电压V_bais=1.25V。具有直流偏置电压的四路闪烁脉冲即：Ch1、Ch2、Ch3、Ch4，分别接入现场可编程门阵列的差分管脚的正输入端。该管脚配置为低压差分信号（Low-Voltage Differential Signaling，简称LVDS）接受端口。
（3）根据选择的阈值电压以及使用的偏置电压计算出差分管脚负端接入的参考电压幅值。在本例中幅值分别为1.27mV，1.28mV，1.29mV，1.30mV。
（4）以在现场可编程门阵列中进位链为核心实现的时间数字转换器，并对每路差分输入管脚状态发生跳变时的时间进行识别同时识别该状态跳变所对应的阈值电压，获取闪烁脉冲的电压时间对。
（5）将所获取的闪烁脉冲电压时间对通过现场可编程门阵列的数字接口传出，完成闪烁脉冲的数字化。
本实用新型利用现场可编程门阵列中数字差分接口实现阈值比较，获取闪烁脉冲的电压时间对，从而实现闪烁脉冲的数字化，极大的简化了***结构，提高了***的集成度，降低了***功耗。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
（1）避免使用比较器，节约了成本，提高了装置集成度，降低了***功耗。
（2）利用现场可编程门阵列中数字差分接口实现阈值比较，获取闪烁脉冲的电压时间对，从而实现闪烁脉冲的数字化，简化了***结构。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种闪烁脉冲数字化的装置，其特征在于：其包括：
闪烁脉冲转换单元，用以实现闪烁脉冲的直流偏置电压V_bias输出，所述闪烁脉冲转换单元包括直流偏置电路，所述待采样脉冲经过所述直流偏置电路获得分为m路的直流偏置电压V_bias之后接入现场可编程门阵列中支持低压差分信号传输协议的可编程输入输出管脚的一端，其中，m为大于1小于512的整数；
阈值比较单元，用以在闪烁脉冲越过所设任意一阈值电压时输出一状态跳变以及该状态跳变对应的阈值电压；该阈值比较单元由m个低压差分信号输入端口构成，该低压差分信号输入端口用于实现待采样脉冲与阈值电压V_th的比较，在待采样脉冲的幅值越过阈值电压时输出一状态的跳变以及该状态跳变所对应的阈值电压；
时间数字化单元，用以对状态跳变的时刻进行数字化，所述时间数字化单元在现场可编程门阵列中实现p个时间数字化转换器，对上述状态的跳变时刻进行数字化并识别该状态跳变对应的阈值电压，获取待采样闪烁脉冲越过阈值电压的时间，其中p为大于1小于512的整数；
数据处理与传输单元，用以整合与传输由阈值比较单元与时间数字单元获得的待采样脉冲的电压时间对，完成闪烁脉冲的数字化。
2.根据权利要求1所述的闪烁脉冲数字化的装置，其特征在于：所述阈值比较单元中低压差分信号接收端口由现场可编程门阵列中的可编程输入输出管脚配置而成，其中待采样脉冲未分路直接经过直流偏置电路获得一直流偏置电压V_bias后再分为m路，每路分别接入低压差分信号接收端口的一端，管脚另一端接入参考电压V_reference；其中，所述直流偏置电压V_bias、参考电压V_reference以及阈值电压V_th之间的关系为：V_reference=V_th+V_bais。
3.根据权利要求1所述的闪烁脉冲数字化的装置，其特征在于：所述阈值比较单元中低压差分信号接收端口由现场可编程门阵列中的可编程输入输出管脚配置而成，其中待采样脉冲先分为m路，然后每路分别经过直流偏置电路获得一直流偏置电压V_bias后接入低压差分信号接收端口的一端，管脚另一端接入参考电压V_reference；其中，所述直流偏置电压V_bias、参考电压V_reference以及阈值电压V_th之间的关系为：V_reference=V_th+V_bais。
4.根据权利要求1所述的闪烁脉冲数字化的装置，其特征在于：所述阈值比较单元中低压差分信号接收端口由现场可编程门阵列中的可编程输入输出管脚配置而成，其中待采样脉冲分为m路后接入低压差分信号接收端口的一端，管脚另一端接入参考电压V_reference；其中，所述参考电压V_reference以及阈值电压V_th之间的关系为：V_reference=V_th。
5.根据权利要求1所述的闪烁脉冲数字化的装置，其特征在于：所述阈值比较单元中低压差分信号接收端口也可为正极性射极耦合逻辑信号接收端口或射极耦合逻辑信号接收端口或电流模式逻辑信号接受端口或微型低电压差分信号接受端口或低摆幅差分信号接受端口或总线型低压差分信号接受端口。
6.根据权利要求1所述的闪烁脉冲数字化的装置，其特征在于：所述阈值比较单元中低压差分信号接收端口也可为具有正负输入端并通过正负输入端电压差判断信号逻辑状态的数字信号接受端口。
7.根据权利要求1所述的闪烁脉冲数字化的装置，其特征在于：所述阈值比较单元中的阈值比较电路所使用的数字差分信号接收端口由专用集成芯片构成。
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