一种基于SQL数字化器的正电子相机中堆积事例复原方法

技术领域

本发明涉及数字信号处理领域，尤其涉及一种基于SQL数字化器的正电子相机中堆积事例复原方法。

背景技术

放射性核素(如

正电子相机中的事例脉冲是正电子系统信息处理的“第一手资料”，其数字化方法在源头上决定了时间、能量、位置等探测器分辨率极限，同时也根本决定了受到功耗、布板空间、成本与辐射串扰等因素限制的系统设计，最终决定了由灵敏度、对比度、空间分辨率和系统均匀性定义的应用场景。

随着放射性核素浓度的增加，正电子相机中单位时间内的事例脉冲的数量会相应的增加，此时，可能出现前一个事例脉冲的尾部堆叠在后一个事例脉冲上的情况，这种现象称为堆积。事例脉冲发生堆积作用后不仅会使得正电子相机中的时间和能量分辨率有所恶化，还会影响系统的空间位置信息，并使得系统数据的信噪比大大降低。此外，传统的事例脉冲的数字化依赖于超高采样率的模数转换器，过高的采样率必然会引起系统成本增加，同时功耗也会大到无法承受的地步。

因此，针对上述技术问题，有必要提出一种基于SQL数字化器的正电子相机中堆积事例复原方法，采用SQL(Sparse Quantization Level)数字化器，实现对正电子相机中的事例脉冲的高效数字化采样，并通过计算采样的电压-时间对之间的时间差，来判断事例脉冲是否发生堆积，基于实力脉冲的半高斯-指数模型，对发生堆积的事例脉冲进行复原。

发明内容

为解决现有技术问题，本发明提供一种基于SQL数字化器的正电子相机中堆积事例复原方法，该方法达到事例脉冲数字化的目的，并筛选出堆积的事例脉冲进行复原，提高正电子相机的性能。

本发明具体采用以下方案：

一种基于SQL数字化器的正电子相机中堆积事例复原方法，包括以下步骤：

S1：正电子相机中的光电探测器输出事例脉冲模拟信号，对这些模拟信号进行等间距采样；

S2：对事例脉冲进行峰值检测，检测出每个事例脉冲的电压峰值；

S3：根据事例脉冲的峰值按比例设置4-8个量化电平；

S4：将事例脉冲值和量化电平值输入到比较器的两端进行比较，根据电压比较器的结果，事例脉冲模拟信号输出为逻辑高电平0或逻辑低电平1；

S5：通过集成在FPGA芯片上的计时器获取比较器电平翻转的时间，从而获取事例脉冲的电压-时间对；

S6：根据最小量化电平获取的两个电压-时间对的时间差来判断事例脉冲是否发生堆积；

S7：根据事例脉冲的特点及形状，确定单事例脉冲模型；

S8：根据事例脉冲模型对堆积的事例脉冲进行拟合，从而从堆积事例中复原出各单事例脉冲。

优选的，所述S1中可通过模拟数字转换器完成对事例脉冲进行等间距采样，采样间距由模拟数字转换器的采样率决定。

优选的，所述S3中量化电平的设置是在事例脉冲的最低电压到峰值处电压之间按等差的比例来取值，以保证每个事例脉冲上的量化电平数量相同。

优选的，所述S4中，如果事例脉冲大于所设量化电平值则比较器输出逻辑高电平，否则，比较器输出逻辑低电平。

优选的，所述S5中的计时器，可以是时间数字转换器(Time to DigitalConverter，TDC)或时间幅值转换器(Time to Amplitude Converter，TAC)，来获取电平翻转时的电压-时间对。

优选的，所述S6中，计算最小量化电平所对应的两个采样点，若两个采样点之间的时间差大于所对应的单个事例脉冲采样点之间的时间差，则判定为堆积，否则，未发生堆积。

优选的，所述S6中如果事例脉冲过最小量化电平不只有两个电压-时间采样点，则取第一个和最后一个电压-时间采样点。

优选的，所述事例脉冲发生堆积的概率与正电子相机中探测器的计数率有关，其表达式为：

其中，r是探测器的计数率，t是积分时间。

优选的，所述S7中根据事例脉冲上升沿缓慢上升和下降沿快速下降的特点，可认定事例脉冲模型是上升沿为半高斯上升下降沿为指数下降的半高斯-指数模型。

优选的，所述S8中，先拟合堆积事例中的前一个事例脉冲，然后再从堆积事例中减去拟合出的前一个事例脉冲，以此类推，直至恢复出所有事例脉冲。

从上述技术方案可以看出，通过采用本发明的一种基于SQL数字化器的正电子相机中堆积事例复原方法，以SQL数字化器能更高效、低成本的完成事例脉冲的数字化，避免了传统采样方法为了准确获取上升沿采样点的信息，而使用超高采样率的模数转换器的技术难题。同时，通过事例脉冲的半高斯-指数模型对堆积事例脉冲进行复原，有效解决了由堆积带来的探测器事例脉冲数量上的损失。

附图说明

图1是本发明一种基于SQL数字化器的正电子相机中堆积事例复原方法的流程图。

图2是本发明一种基于SQL数字化器的正电子相机中堆积事例复原方法的模块图。

图3是本发明SQL数字化器的原理图。

图4是本发明单事例脉冲与其拟合的半高斯-指数模型图。

图5是从三个堆积的事例脉冲中还原出第一事例脉冲的示意图。

图6是从三个堆积的事例脉冲中还原出第二事例脉冲的示意图。

图7是从三个堆积的事例脉冲中还原出第三事例脉冲的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明公开了一种基于SQL数字化器的正电子相机中堆积事例复原方法的模块图如图2所示，包括事例脉冲数字化库模块100、堆积事例筛选模块200和堆积事例复原模块300。

其中，所述事例脉冲数字化库模块100与堆积事例脉冲鉴别模块200连接，用于对事例脉冲模拟信号进行数字化采样，包括光电器件输出模块110、等间距采样模块120和SQL数字化模块130；从光电器件输出模块110输出的事例脉冲模拟信号输入到等间距采样模块120中，然后通过模拟数字转换器对事例脉冲模拟信号进行等间距采样；SQL数字化模块130用于对事例脉冲信号进行SQL采样，包括事例脉冲峰值检测模块131、量化电平设置模块132、比较器模块133和FPGA模块134，先由事例脉冲峰值检测模块131检测出每个事例脉冲的峰值，然后将事例脉冲峰值输入至量化电平设置模块132，根据峰值按比例设置4-8个量化电平值，然后再通过比较器模块133将事例脉冲和量化电平进行比较，集成在PFGA模块134芯片上的高分辨率计时器获取比较器电平翻转的时间，从而获取事例脉冲的电压-时间对，完成对事例脉冲的SQL数字化采样。

采样后的数据输入至堆积事例筛选模块200中，筛选出需要复原的堆积事例脉冲，包括过量化电平的电压-时间对模块210和电压-时间对的时间差模块220。过量化电平的电压-时间对模块210提取出最低量化电平值所对应的两个电压-时间对，如果采样点个数大于两个，则取第一个和最后一个电压-时间对采样点；电压-时间对的时间差模块220计算两个采样点之间的时间差，如时间差大于单个事例脉冲的时间差，则判定为堆积，否则，未发生堆积。

堆积事例复原模块300对已经发生堆积的事例脉冲进行复原，从而从堆积事例中还原出单个的事例脉冲，包括单事例脉冲模型310和事例脉冲复原模块320；由于事例脉冲上升沿缓慢上升和下降沿快速下降的特点，单事例脉冲模型310中的事例脉冲模型未上升沿未半高斯模型下降沿为指数下降的半高斯-指数模型，事例脉冲复原模块320再根据半高斯-指数模型对堆积事例脉冲进行拟合，先复原出堆积事例中的第一个事例，再用堆积事例脉冲减去复原出的第一个事例脉冲，以此类推，直至所有事例脉冲都被还原出来。

图3是本发明SQL数字化器的原理图，如图3所示，该原理图共设置了6个量化电平，这6个量化电平值分别按照0.15：0.3：0.45：0.6：0.75：0.9倍的事例脉冲峰值所设置。

图4所示是单事例脉冲和拟合的事例脉冲半高斯-指数模型，其中，虚线为事例脉冲，而实线指的是事例脉冲的半高斯-指数模型。

实施例一：

此处列出本实施例处理数据的参数：

正电子相机中的光电探测器输出事例脉冲模拟信号，对这些模拟信号进行等间距采样，等间距采样的采样率为100MHz。

对事例脉冲进行峰值检测，检测出每个事例脉冲的电压峰值。

根据事例脉冲的峰值按比例设置4个量化电平，这4个量化电平的值分别为0.2：0.4：0.6：0.8倍的事例脉冲峰值。

将事例脉冲值和量化电平值输入到电压比较器的两端进行比较，根据电压比较器的结果，事例脉冲模拟信号输出为逻辑高电平0或逻辑低电平1；

通过集成在FPGA芯片上的计时器获取比较器电平翻转的时间，从而获取事例脉冲的电压-时间对，在此实施例中，计时器为时间数字转换器，且该时间数字转换器的平均时间间隔为4ns。

根据最小量化电平获取的两个电压-时间对的时间差来判断事例脉冲是否发生堆积，不同种晶体所对应的事例脉冲的时间长度不一样，在该实施例中单事例脉冲的电压-时间对的时间差为20ns左右，双事例脉冲单事例脉冲的电压-时间对的时间差为40ns左右，双事例脉冲单事例脉冲的电压-时间对的时间差为50ns左右。

根据事例脉冲的特点及形状，确定单事例脉冲模型；

根据事例脉冲模型对堆积的事例脉冲进行拟合，从而从堆积事例中复原出各单事例脉冲。

实施例二：

此处列出本实施例处理数据的参数：

正电子相机中的光电探测器输出事例脉冲模拟信号，对这些模拟信号进行等间距采样，等间距采样的采样率为50MHz。

对事例脉冲进行峰值检测，检测出每个事例脉冲的电压峰值。

根据事例脉冲的峰值按比例设置6个量化电平，这6个量化电平的值分别为0.15：0.3：0.45：0.6：0.75：0.9倍的事例脉冲峰值。

将事例脉冲值和量化电平值输入到电压比较器的两端进行比较，根据电压比较器的结果，事例脉冲模拟信号输出为逻辑高电平0或逻辑低电平1；

通过集成在FPGA芯片上的计时器获取比较器电平翻转的时间，从而获取事例脉冲的电压-时间对，在此实施例中，计时器为时间幅值转换器，且该时间数字转换器的平均时间间隔为5ns。

根据最小量化电平获取的两个电压-时间对的时间差来判断事例脉冲是否发生堆积，不同种晶体所对应的事例脉冲的时间长度不一样，在该实施例中，单事例脉冲的电压-时间对的时间差为40ns左右，双事例脉冲单事例脉冲的电压-时间对的时间差为70ns左右，双事例脉冲单事例脉冲的电压-时间对的时间差为100ns左右。

根据事例脉冲的特点及形状，确定单事例脉冲模型；

根据事例脉冲模型对堆积的事例脉冲进行拟合，从而从堆积事例中复原出各单事例脉冲。

实施例三：

此处列出本实施例处理数据的参数：

正电子相机中的光电探测器输出事例脉冲模拟信号，对这些模拟信号进行等间距采样，等间距采样的采样率为125MHz。

对事例脉冲进行峰值检测，检测出每个事例脉冲的电压峰值。

根据事例脉冲的峰值按比例设置8个量化电平，这8个量化电平的值分别为0.1：0.2：0.3：0.4：0.5：0.6：0.7：0.8倍的事例脉冲峰值。

将事例脉冲值和量化电平值输入到电压比较器的两端进行比较，根据电压比较器的结果，事例脉冲模拟信号输出为逻辑高电平0或逻辑低电平1；

通过集成在FPGA芯片上的计时器获取比较器电平翻转的时间，从而获取事例脉冲的电压-时间对，在此实施例中，计时器为时间数字转换器，且该时间数字转换器的平均时间间隔为5ns。

根据最小量化电平获取的两个电压-时间对的时间差来判断事例脉冲是否发生堆积，不同种晶体所对应的事例脉冲的时间长度不一样，在该实施例中，单事例脉冲的电压-时间对的时间差为35ns左右，双事例脉冲单事例脉冲的电压-时间对的时间差为60ns左右，双事例脉冲单事例脉冲的电压-时间对的时间差为80ns左右。

根据事例脉冲的特点及形状，确定单事例脉冲模型；

根据事例脉冲模型对堆积的事例脉冲进行拟合，从而从堆积事例中复原出各单事例脉冲。

本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。