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【摘要】 正电子发射层析成像(PET, Positron Emission Tomography)技术是能提供生物体器官信息的核医学成像技术之一,其原理就是对正电子放射性核素引起的体内正负电子湮没辐射进行符合测量,并通过影像重建技术得到影像体的影像结果。本文选取日本滨松公司生产的256通道的位置灵敏平板型多阳极光电倍增管H9500作为探测单元的研究核心,在期望提高探测器空间分辨率的同时产生了一个严峻的新问题：对应多阳极的输出信号通道急剧增加!借鉴研究较早且通道数较少的H8500的信号简化读出办法,国内外许多学者、研究人员对H9500的信号简化读出进行了尝试。本课题基于此背景,在设计、制作了光电倍增管信号读出的电荷分配电路(DPC网络、矩阵网络),对其性能进行充分仿真、分析后,决定在电荷分配电路前端增设一个专用电荷灵敏前置放大-成形器(CSP-Shaper)。它的电荷灵敏放大部分将H9500的输出弱电流信号转换为电压信号,成形部分采用有微弱放大倍数的有源CR-RC电路。实验结果表明,本文设计的前放-成形器可以对22～65pC的输入电荷量进行有效转换,输出电压范围为200mV～3.87V；输入-输出线性度为0.994；信噪比49.3dB；输出信号上升时间约40ns,下降时间在2μs左右。光电倍增管的输出信号经过放大-成形器后,便可驱动后续电荷分配电路正常工作,从而达到信号简化读出、进而大大改善PET系统读出电子学复杂度。H9500专用电荷灵敏前置放大-成形器的成功设计,结合已设计制作的电荷分配电路,会极大地简化将来基于H9500开发的PET系统的电子学处理电路,是高性能PET推广的重要基础。
【关键词】 光电倍增管； 简化读出电路； 电荷灵敏前放； 成形电路；
中文摘要 3-4
ABSTRACT 4
1 引言 7-17
1.1 医学影像技术 7-9
1.1.1 医学影像技术的起源 7-8
1.1.2 放射性成像技术的发展 8-9
1.1.3 国内核医学的发展 9
1.2 PET系统概况 9-15
1.2.1 PET系统在国内外的发展现状 9-11
1.2.2 PET系统的技术特点 11-14
1.2.3 PET系统面临的挑战和发展趋势 14-15
1.3 论文的研究内容和主要结果 15-17
1.3.1 论文的内容结构 15
1.3.2 论文的主要结果 15-17
2 简化读出电路仿真研究 17-34
2.1 电荷分配简化读出电路 17-18
2.2 Cadence简介 18-19
2.3 四种不同阻值DPC的仿真研究 19-25
2.3.1 方案R的DPC研究 21-23
2.3.2 方案Q的DPC研究 23
2.3.3 方案1的DPC研究 23-24
2.3.4 方案2的DPC研究 24
2.3.5 各种简化读出电路比较 24-25
2.4 方案R信号堆积研究 25-30
2.4.1 峰堆积情况 26-28
2.4.2 尾堆积情况 28-30
2.5 方案R小信号输入 30-32
2.6 坐标转换法 32-34
3 放大-成形器设计 34-49
3.1 前置放大器设计 34-40
3.1.1 原理简介 35-36
3.1.2 探测器输出电荷量 36-37
3.1.3 性能参数设计 37-40
3.2 成形滤波设计 40-44
3.2.1 最佳滤波原理 41-42
3.2.2 非白噪声输入的最佳滤波 42
3.2.3 电荷灵敏前放的最佳滤波 42-44
3.3 设计方案 44-49
3.3.1 电路设计 44-45
3.3.2 探测器计数率 45
3.3.3 最佳信噪比 45-46
3.3.4 放大器选取 46
3.3.5 电源模块设计 46-47
3.3.6 方案验证 47-49
4 电路板的设计与测试 49-61
4.1 电路板制作 49-50
4.2 系统电子学测试 50-59
4.2.1 测试信号 50-52
4.2.2 前放-成形电路板 52-59
4.3 简化电路板系统测试 59-61
5 结论与讨论 61-63
5.1 结论 61
5.2 讨论 61-63
参考文献 63-68
个人简介 68-69
导师简介 69-70
致谢 70-71
附录A1 71-73
附录A2 73-75
附录A3 75-77
附录A4 77-79
附录B 79-80
附录C 80-82
附录D 82
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