光子测量前端电路的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明涉及电路领域，具体地，涉及一种光子测量前端电路。
【背景技术】
[0002]在高能光子(X射线、伽玛光子等)测量系统的前端检测器一般包含闪烁晶体、光电检测器和光子测量前端电路三部分。高能光子与闪烁晶体相互作用后产生能量较低的可见光子群。光电检测器把可见光子群携带的光信号转换为电信号。光子测量前端电路的主要目的是通过测量光电检测器产生的电信号，来获取高能光子的能量和到达时间。例如，正电子发射成像(PET)及单光子发射成像(SPECT)系统中，伽玛光子与闪烁晶体(如LYSO晶体)相互作用后产生能量较低的可见光子群。光电检测器(如PMT或者SiPM)把可见光子群携带的光信号转换为电信号。光子测量前端电路测量光电检测器产生的电信号，获取伽玛光子的能量和到达时间。
[0003]图1为现有技术中的例示性光子测量前端电路的框图。如图1所示，PET系统中的光子测量前端电路包含能量测量和时间测量两个部分。典型的能量测量电路包括一个脉冲整形滤波器(即图1所示的低通滤波器)，一个模数转换器(ADC)，以及用于能量计算的求和电路。该求和电路通常采用现场可编程逻辑阵列(FPGA)实现。典型的时间测量电路包括一个高速前置放大器，一个脉冲上升沿检测器(或恒比例检测器或过零检测器，即图1所示的比较器)，以及一个时间数字转换器(TDC)。在传统的光子测量前端电路中，一个通道需要至少3个放大器，一个TDC和一个ADC。这样的测量电路结构复杂，其成本和功耗都比较高。当采用硅光电倍增管(SiPM)阵列构成光电检测器时，情况更为复杂。一个8x8的阵列将需要64个通道。这在成本和功耗上都是不现实的。通常的做法是通过电阻阵列将信号通道进行缩减。但是这种方法不适用于需要读出SiPM每一路信号的应用，例如，由SiPM阵列和一整块晶体构成的光电检测器等。
[0004]另外，通常来说，在现有的光子测量前端电路中，对来自光电检测器的电流信号(下文称为初始信号)进行放大和滤波处理，随后采用ADC对经过放大和滤波的初始信号进行采样，并根据采样得到的初始信号的值来计算高能光子的能量。由于初始信号通常为脉冲电流信号，其起始时间是随机的，和ADC采样时钟不同步，因此通过ADC采样计算出来的能量受初始信号的起始时间的影响。
[0005]因此，需要提供一种光子测量前端电路，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。
【发明内容】
[0006]为了至少部分地解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供一种光子测量前端电路。该光子测量前端电路包括积分模块、比较器、传输控制器、负反馈模块和光子测量模块。积分模块连接光电检测器的输出端和负反馈模块的输出端，积分模块用于接收来自光电检测器的初始信号和来自负反馈模块的反馈信号，对初始信号和反馈信号的差进行积分并且输出积分信号。比较器的一个输入端连接积分模块的输出端并且比较器的另一输入端接入参考电平，比较器用于将积分信号与参考电平进行比较并生成比较结果。传输控制器的输入端连接比较器的输出端，传输控制器用于利用时钟信号控制比较结果的传输以输出数字信号，其中数字信号中的、持续时间等于时钟信号的周期的高电平代表第一逻辑电平，数字信号中的、持续时间等于时钟信号的周期的低电平代表第二逻辑电平。负反馈模块的输入端连接传输控制器的输出端，负反馈模块用于将数字信号转换为反馈信号并且将反馈信号反馈给积分模块。光子测量模块包括能量测量模块，能量测量模块的输入端连接传输控制器的输出端，能量测量模块用于利用数字信号对光电检测器所检测到的光子进行能量测量。
[0007]根据本发明提供的光子测量前端电路，其电路结构简单，可以不使用或较少使用有源器件，从而可以降低功耗并节约成本。此外，与现有技术中通过ADC采样来进行能量测量的方法不同，本发明提供的光子测量前端电路对初始信号进行了积分，并对积分信号进行处理以获得光子的能量信息，因此能量测量不受初始信号的起始时间的影响。
[0008]在
【发明内容】
中引入了一系列简化的概念，这些概念将在【具体实施方式】部分中进一步详细说明。本
【发明内容】
部分并不意味着要试图限定所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0009]以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。
【附图说明】
[0010]本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
[0011]图1示出现有技术中的例示性光子测量前端电路的框图；
[0012]图2示出根据本发明一个实施例的光子测量前端电路的示意性框图；
[0013]图3示出根据本发明一个实施例的能量测量结果和来自光电检测器的初始信号的峰值之间的转换函数图；
[0014]图4示出根据本发明一个实施例的光子测量前端电路的示意性框图；
[0015]图5示出根据本发明一个实施例的时间测量结果和来自光电检测器的初始信号的峰值之间的关系图；
[0016]图6示出根据本发明一个实施例的利用暗电流测量结果对能量测量结果进行校正的方法的流程图；
[0017]图7示出根据本发明一个实施例的波形重建结果；
[0018]图8示出根据本发明一个实施例的光子测量前端电路的电路示意图；以及
[0019]图9示出根据本发明另一个实施例的光子测量前端电路的电路示意图。
【具体实施方式】
[0020]在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本发明。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅涉及本发明的较佳实施例，本发明可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0021]根据本发明的一个方面，提供一种光子测量前端电路。下面结合图2-9描述本发明提供的光子测量前端电路。图2示出根据本发明一个实施例的光子测量前端电路200的示意性框图。
[0022]如图2所示，光子测量前端电路200包括积分模块210、比较器220、传输控制器230、负反馈模块240和光子测量模块250。
[0023]积分模块210连接光电检测器(未不出)的输出端和负反馈模块240的输出端。积分模块210用于接收来自光电检测器的初始信号和来自负反馈模块240的反馈信号，对初始信号和反馈信号的差进行积分并且输出积分信号。
[0024]可选地，上述光电检测器可以是任何合适的光电检测器，诸如SiPM，光电倍增管(PMT)，雪崩光电二极管(APD)等。本领域技术人员可以理解，在PET系统中，当发生正电子煙灭时，会产生一对伽玛光子。闪烁晶体受到伽玛光子的撞击时，光电检测器会输出初始信号，该初始信号通常是脉冲电流信号。光电检测器将该初始信号输出到光子测量前端电路200，以便由光子测量前端电路200通过测量该初始信号来获得伽玛光子的能量信息、时间信息等，进而获得关于正电子煙灭事件的信息。
[0025]光子测量前端电路200是包括负反馈环节的电路，反馈信号被输入到积分模块210。同时，积分模块210还接收来自光电检测器的初始信号。初始信号和反馈信号均为电流信号，它们的流动方向是相反的。例如，如果初始信号是从积分模块210流向光电检测器的，则可以将反馈信号设定为从负反馈模块240流向积分模块210。因此，对于积分模块210来说，实际上最终输入的是初始信号与反馈信号的差，积分模块210可以对二者的差进行积分。应该注意，图2中示出的箭头方向是信号的传输方向，而不一定是信号的流动方向。积分模块210可以采用模拟积分电路实现，例如通过电阻和电容组成的滤波器电路实现，下文将结合具体电路示例对积分模块210的实现方式进行详细描述，在此不再赘述。
[0026]如图2所示，比较器220的一个输入端连接积分模块210的输出端并且比较器220的另一输入端接入参考电平。比较器220用于将积分信号与参考电平进行比较并生成比较结果。例如，当积分信号的幅度大于参考电平时，比较器220可以输出高电平，当积分信号的幅度等于或小于参考电平时，比较器220可以输出低电平。因此，比较器220输出的比较结果中可以只存在高电平和低电平两种状态。通常，光电检测器输出的初始信号是随时间变化的脉冲电流信号，在这种情况下，积分信号也是随时间变化的信号。因此，比较器220输出的比较结果是随时间变化而在高电平和低电平两种状态之间切换的信号。
[0027]传输控制器230的输入端连接比较器220的输出端。传输控制器230用于利用时钟信号控制比较结果的传输以输出数字信号。其中，数字信号中的、持续时间等于时钟信号的周期的高电平代表第一逻辑电平，数字信号中的、持续时间等于时钟信号的周期的低电平代表第二逻辑电平。如上所述，比较结果是随时间变化而在高电平和低电平两种状态之间切换的信号。在该比较结果中，高电平和低电平的持续时间可能是实时变化的，是无法确定的。所以可以通过传输控制器230对比较结果进行时间上的量化，使得每段连续的高电平或低电平的持续时间都是