PET探测器输出信号的模拟生成方法及相关装置

技术领域

本发明涉及电子信号发生器技术领域，尤其涉及一种PET(Positron EmissionTomography，正电子发射断层成像)探测器输出信号的模拟生成方法及相关装置。

背景技术

在应用硅光电倍增管作为光探测器的正电子发射断层成(PET)探测器的接触中，常常使用通道压缩的办法，即将多个通道通过电阻网络进行电荷分配或通过行列编码将接触信号的通道数目进行压缩，这样可以大大减少后续处理电路的通道数量。但是，通道压缩后的由探测器输出到后续处理电路的信号和不经通道压缩直接输出到后续处理电路的信号有着不一样的特征内在关系。在后续处理电路的开发过程中，需要一种电子学的信号发生器来模拟通道压缩后的由探测器输出到后续处理电路的信号，用以辅助后续处理电路的研发。

现有技术中已具有单路的核信号仿真源，但是其不能模拟通道压缩结构的正电子发射断层成(PET)多路信号仿真源。

发明内容

本发明提供一种正电子发射断层成像探测器输出信号的模拟生成方法及相关装置，用于模拟多路信号仿真源，以实现便于系统开发测试的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用的第一个技术方案是：提供一种正电子发射断层成像探测器的输出信号的模拟生成方法，包括：获取需要模拟的核素能谱的概率分布函数及预设范围内的信号能量值；根据所述概率分布函数及所述信号能量值获取需要进行压缩的模拟信号源；利用所述正电子发射断层成像探测器的输出信号的约束运算规则对所述模拟信号源进行模拟压缩处理，以产生所述正电子发射断层成像探测器的预设输出通道模拟的输出信号。

其中，所述根据所述概率分布函数及所述信号能量值获取需要进行压缩的信号源的步骤包括：获取所述概率分布函数的反函数；根据所述信号能量值和所述反函数而计算得到所述模拟信号源。

其中，所述利用所述正电子发射断层成像探测器的输出信号的约束运算规则对所述模拟信号源进行模拟压缩处理，以产生所述正电子发射断层成像探测器的预设输出通道模拟的输出信号的步骤包括：根据所述正电子发射断层成像探测器的输出信号的约束运算规则建立相应的电荷量分配模型，其中，所述电荷量分配模型的输出通道的数量与所述正电子发射断层成像探测器的输出通道的数量相同；根据所述模拟信号源在所述电荷量分配模型的接触位置而进行模拟，以获取所述电荷量分配模型的各个输出通道的输出信号，从而利用电荷量分配模型的各个输出通道的输出信号而产生所述正电子发射断层成像探测器的预设输出通道的模拟的输出信号。

其中，所述模拟信号源在接触位置的输出能量与所述电荷量分配模型的各个输出通道的输出信号的能量之和相等。

其中，所述电荷量分配模型为平面型电荷量分配模型，其具有n×m个接触通道，其中，所述模拟信号源随机接触在n×m个接触通道中的任一上，n和m分别为自然数。

其中，所述电荷量分配模型为立体型电荷量分配模型，其具有a×b×c个接触通道，其中，所述模拟信号源随机接触在a×b×c个通道的任一上，a,b和c分别为自然数。

其中，模拟信号源的总电荷量向输出通道上的电荷分配满足基本的基尔霍夫电流定律及基尔霍夫电压定律。

其中，根据所述模拟信号源在所述电荷量分配模型的接触位置而进行模拟，以获取所述电荷量分配模型的各个输出通道的输出信号，从而利用电荷量分配模型的各个输出通道的输出信号而产生所述正电子发射断层成像探测器的预设输出通道的模拟的输出信号的步骤，包括：利用均匀函数随机数抽样法模拟所述模拟信号源在所述电荷量分配模型的接触位置，以获取所述电荷量分配模型的各个输出通道的输出信号。

为解决上述技术问题，本发明提供的第二个技术方案为：提供一种正电子发射断层成像探测器的输出信号的模拟生成装置，所述装置包括：相互藕接的处理器、存储器和数模转换器，其中，所述存储器用于存储实现上述任意一项所述的正电子发射断层成像探测器的输出信号的模拟生成方法的程序指令；所述处理器用于执行所述存储器存储的所述程序指令；所述数模转换器用于将得到的数字信号转换为模拟信号并输出。

为解决上述技术问题，本发明提供的第三个技术方案为：提供一种存储介质，存储有程序文件，所述程序文件能够被执行以实现上述任意一项所述的正电子发射断层成像探测器的输出信号的模拟生成方法。

本发明的有益效果是：区别于现有技术，本发明通过获取需要模拟的核素能谱的概率分布函数及预设范围内的信号能量值；根据概率分布函数及信号能量值获取需要进行压缩的模拟信号源；利用正电子发射断层成像探测器的输出信号的约束运算规则对模拟信号源进行模拟压缩处理，以产生正电子发射断层成像探测器的预设输出通道模拟的输出信号。以此得到模拟的多路信号仿真源，以达到便于系统开发测试的目的。

附图说明

图1是本发明正电子发射断层成像探测器的输出信号的模拟生成方法的第一实施例的流程示意图；

图2是图1中步骤S12的具体流程示意图；

图3是图1中步骤S13的具体流程示意图；

图4是本发明电荷量分配模型的第一实施例的结构示意图；

图5是本发明电荷量分配模型的第二实施例的结构示意图；

图6是本发明正电子发射断层成像探测器的输出信号的模拟生成装置的结构示意图；

图7是本发明存储介质的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

请参见图1，为本发明正电子发射断层成像探测器的输出信号的模拟生成方法的第一实施例的流程示意图。包括：

步骤S11：获取需要模拟的核素能谱的概率分布函数及预设范围内的信号能量值。

具体的，获取到需要模拟的核素能谱，将核素能谱进行转化，得到其对应的概率分布函数。随机获取一预设范围内的信号能量值，可以理解的，该范围的信号能量值符合核素能谱的概率分布函数。在该范围内随机抽取一个值作为所需要的信号能量值。在一具体实施例中，假设需要模拟的核素能谱的概率分布函数为F(X)。

步骤S12：根据概率分布函数及信号能量值获取需要进行压缩的模拟信号源。

具体的，请参见图2，为步骤S12的具体流程示意图。包括：

步骤S121：获取所述概率分布函数的反函数。

对概率分布函数进行逆变换，以得到概率分布函数的反函数。具体的，假设概率分布函数的反函数为F

步骤S122：根据所述信号能量度值和所述反函数计算得到所述模拟信号源。

具体的，将得到的预设范围内的信号能量值带入概率分布函数的反函数F

步骤S13：利用所述正电子发射断层成像探测器的输出信号的约束运算规则对所述模拟信号源进行模拟压缩处理，以产生所述正电子发射断层成像探测器的预设输出通道模拟的输出信号

具体的，请参见图3，为步骤S13的具体流程示意图。包括：

步骤131：根据所述正电子发射断层成像探测器的输出信号的约束运算规则建立相应的电荷量分配模型，其中，所述电荷量分配模型的输出通道的数量与所述正电子发射断层成像探测器的输出通道的数量相同。

具体的，在使用正电子发射断层成像探测器的输出信号的约束运算规则建立相应的电荷量分配模型时需要先知道电路结构，即预先知道正电子发射断层成像探测器的输出通道的数量，以此在建立电荷量分配模型时，设置电荷量分配模型的输出通道的数量等于正电子发射断层成像探测器的输出通道的数量。

例如，在一实施例中，可以设置电荷量分配模型的输出通道为4个，此时，可以设置电荷量分配模型为平面型电荷量分配模型。例如在一具体实施例中，设置平面型电荷量分配模型的4个输出通道位于平面型电荷量分配模型的四个角上，如图4所示。当然其还可以设置于平面型电荷量分配模型的四条边上，具体不做限定。

具体地，平面型电荷量分配模型具有n×m个接触通道，其中n、m为自然数。模拟信号源进入平面型电荷量分配模型后随机接触n×m个接触通道的任意位置上。模拟信号源在接触到电荷量分配模型的任一接触通道后，根据接触通道与输出通道的距离向输出通道扩散，并从输出通道输出。

例如，在另一实施例中，可以设置电荷量分配模型的输出通道为8个，此时，可以设置电荷量分配模型为立体型电荷量分配模型。例如在一具体实施例中，设置立体型电荷量分配模型的8个输出通道位于立体型电荷量分配模型的八个角上，如图5所示，A、B、C……H即为立体型电荷量分配的输出通道。当然，其还可以位于立体型电荷量分配的边上。

具体地，立体型电荷量分配模型具有a×b×c个接触通道，其中a、b、c为自然数。模拟信号源在进入立体型电荷量分配模型后随机接触a×b×c个接触通道的任意位置上。模拟信号源在接触到电荷量分配模型的任一接触通道后，根据接触通道与输出通道的距离向输出通道扩散，并从输出通道输出。

步骤S132：根据模拟信号源在电荷量分配模型的接触位置而进行模拟，以获取电荷量分配模型的各个输出通道的输出信号，从而利用电荷量分配模型的各个输出通道的输出信号而产生正电子发射断层成像探测器的预设输出通道的模拟的输出信号。

具体的，如图4所示的平面型电荷量分配模型，其具有n×m个接触通道，模拟信号源在接触到电荷量分配模型时，其接触位置有n×m种可能性，其在接触到某一接触通道时，随机接触电荷量分配模型的任意接触通道上，进而进入到电荷量分配模型的输出通道中。

如图5所示的立体型电荷量分配模型，其具有a×b×c个接触通道，模拟信号源在接触到电荷量分配模型时，其接触位置有a×b×c中可能性，其在接触到某一接触通道时，先根据距离移动到立体型电荷量分配模型的相对两表面上，再根据立体型电荷量分配模型的相对两表面上的接触通道进入到立体型电荷量分配模型的八个角上的输出通道中，以获得正电子发射断层成像探测器的预设输出通道的模拟的输出信号。

需要说明的时，若电荷量分配模型为平面型时，输出通道不局限于4个，其还可以为1个、2个、3个、甚至5个、6个等。在电荷量分配模型为立体型时，输出通道不局限于8个，其还可以为5个、6个、7个、甚至9个、10个等，在此不作限定。

具体的，在进入电荷量分配模型的输出通道时，各个输出通道的信号与接触通道之间满足基尔霍夫电流分配与基尔霍夫电压分配定律。因此，在进行模拟信号输出时，可利用随机数抽样法模拟模拟信号源在电荷量分配模型的接触位置，以获取电荷量分配模型的各个输出通道的输出信号。

在一实施例中，模拟信号源在接触到电荷量分配模型的接触位置的总能量等于各个输出通道输出的信号的能量之和。

本发明所述的正电子发射断层成像探测器的输出信号的模拟生成方法，通过获取需要模拟的核素能谱的概率分布函数及预设范围内的信号能量值；得到概率分布函数的反函数及所述信号能量值获取需要进行压缩的模拟信号源；利用正电子发射断层成像探测器的输出信号的约束运算规则对所述模拟信号源进行模拟压缩处理，以产生正电子发射断层成像探测器的预设输出通道模拟的输出信号。以此模拟出和能谱，得到多路信号仿真源，以实现便于系统开发测试的目的。

请参见图6，为本发明正电子发射断层成像探测器的输出信号的模拟生成装置的第一实施例的结构示意图。正电子发射断层成像探测器的输出信号的模拟生成装置包括相互连接的存储器62、处理器63及数模转换器61。

数模转换器61(Digital to Analog Converter，DAC)用于将得到的数字信号转换为模拟信号并输出。

存储器62用于存储实现上述任意一项的正电子发射断层成像探测器的输出信号的模拟生成方法的程序指令。

处理器63用于执行存储器62存储的程序指令。

其中，处理器63还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器63可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器63还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器62可以为内存条、TF卡等，可以存储正电子发射断层成像探测器的输出信号的模拟生成装置中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，正电子发射断层成像探测器的输出信号的模拟生成装置才有记忆功能，才能保证正常工作。正电子发射断层成像探测器的输出信号的模拟生成装置中的存储器按用途存储器可分为主存储器(内存)和辅助存储器(外存),也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，系统服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式方法的全部或部分步骤。

请参阅图7，为本发明存储介质的结构示意图。本申请的存储介质存储有能够实现上述所有正电子发射断层成像探测器的输出信号的模拟生成方法的程序文件71，其中，该程序文件71可以以软件产品的形式存储在上述存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储装置包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，或者是计算机、服务器、手机、平板等终端设备。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。