一種時間標記組合的方法與系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及數字信號處理、光電信號處理和核探測領域，尤其涉及一種事件到達時間標記組合的方法與系統。
【背景技術】
[0002]在正電子壽命譜儀、正電子角度-動量關聯分析儀等核分析領域，雙符合高能粒子K別器等核探測領域，以及正電子發射斷層成像(Positron Emiss1n Tomography,以下簡稱PET)等醫學影像領域，探測器部分的工作機理主要分為兩種:一種是通過閃爍體將高能光子轉化為能量較低的可見光子或紫外光光子，再將可見光光子或紫外光光子通過光電器件轉化為電信號；另一種是將高能光子通過碲鋅鎘(以下簡稱CZT)等半導體材料直接轉化為電信號。以上兩種工作機理下的探測器輸出均為電信號。
[0003]PET系統中，較好的時間分辨率可以提升系統的性能，擴大應用范圍。首先，當時間分辨率足夠好時(例如小于800皮秒)，根據兩個電脈沖的到達時間差推斷發生正電子湮滅的位置，這個位置的值滿足高斯分布，這個分布的半高全寬小于12cm (對應于800皮秒)。這個位置信息的引入，對于提高圖像信噪比有明顯的作用。其次，優良的時間分辨率還有利于更好的拒絕散射，提高系統噪聲等效計數。再次，時間差攜帶了符合事件在沿著響應線(Line Of Response,簡稱L0R)方向的定位能力，所以引入了時間信息的PET圖像重建可以減少對投影數據的完備性要求，實現不完全數據圖像重建。再次，引入時間信息的PET系統，可以同時獲取衰減數據和發射數據，縮短掃描時間，減少了硬件系統的復雜度。并且使系統可以同時對幾只小鼠進行單獨成像，而不發生混疊。
[0004]為了提高系統的時間分辨率，通常的做法有:a、選用衰減更快的晶體。b、選用渡越時間分散更小、量子效率更高的光電倍增管。C、優化時間標記方法。做法a和b通常是給定的，所以做法c是業內普遍關心的問題。
[0005]前沿K別器(Leading Edge Discriminat1n,以下簡稱LED)是PET數據獲取系統中獲取脈沖到達時間的一種最簡單的時間標記方式。通過設置一個基準電壓，當脈沖電壓幅值超過該電壓基準時，將該時間值表征單事件到達時間。這種方法由于實現簡單，噪聲引起的時間抖動小而廣泛應用于處理脈沖上升沿較為陡峭且幅值變化較小的情形中。不足的是，該方法容易受到脈沖幅度和上升沿斜率的漲落的影響而產生時間游走，造成時間標記的準確率下降。
[0006]為了消除由于脈沖幅度引起的時間游走現象，有人提出了一種恒比甄別器(Constant Fract1n Discriminat1n,以下簡稱CFD)的方法。它是將閃爍脈沖分為兩路信號，一路信號經過CFD的衰減端進行衰減反相，另一路信號經過CFD的延遲端進行固定時間的延遲；然后延遲和衰減反相信號相加產生一個雙極性信號，并由CFD中的過零甄別器對這個雙極性信號的過零點進行檢測。該過零時刻即是CFD時間標記的事件到達時刻。通過對CFD中的延遲時間和衰減比例進行優選，CFD能夠較好地消除由脈沖幅度和上升時間漲落引起的定時誤差，從而使PET數據獲取系統獲得較好的時間性能。
[0007]無論是LED方法還是CFD方法，在傳統的時間獲取系統中它們都是在模擬電路中發展起來的。這些模擬電路的性能參數往往會隨著時間、溫度和工作環境的變化而產生漂移，在實際系統中難以保持在高性能的狀態。特別地，對于PET這樣具有成千上萬探測通道的系統來說，對這些性能參數的校正無疑是巨大的挑戰。
[0008]隨著數字技術的迅猛發展，數字前沿甄別器(Digital Leading EdgeDiscriminat1n,以下簡稱 DLED)和數字恒比 K 別器(Digital Constant Fract1nDiscriminat1n，以下簡稱DCFD)也逐漸成為重要的時間標記方法。這兩種數字時間標記方法能夠靈活地在可編程陣列(Field Programmable Logic Array,以下簡稱FPGA)、數字信號處理器(Digital Signal Processor,以下簡稱DSP)等數字器件中實現,但是它們的性能卻很大程度上會受到模數轉換器(Analog-to-Digital Convector,以下簡稱ADC)采樣率的限制。這是因為目前的PET探測器通常傾向于選擇衰減時間常數較小的閃爍晶體和上升時間較快的光電倍增管(Photo Multiplier Tube,以下簡稱PMT)來獲取優異的時間性能和計數率性能。以LS0/PMT這樣主流的閃爍探測器為例，其輸出的閃爍脈沖信號上升時間通常為I?20ns，脈沖持續時間為200ns。如果采用DCFD方法獲取脈沖的到達時間，而且在不對閃爍脈沖進行濾波處理的情況下，要達到與CFD方法相同或者接近的時間性能，那么在DCFD方法中使用的ADC采樣率就至少要達到I千兆樣本每秒(Giga Samples Per Second,簡稱GSPS)的水平。然而，這種高采樣率ADC的使用無疑將使PET在陷入成本高、超高數據吞吐和處理的困境。同樣的，平均脈沖模型法(Mean PMT Pulse Model，簡稱MPPM)、最大上升插值法(Maximum Rise Interpolat1n,簡稱MRI)以及初始上升插值法(Initial RiseInterpolat1n，簡稱IRI)等基于ADC采樣的數字脈沖時間提取方法也會陷入高采樣率需求與高時間分辨性能的矛盾境地。
[0009]因此，針對上述技術問題，有必要針對能夠獲取的數字量，提供一種新的時間標記方法與系統，以克服上述缺陷。
【發明內容】
[0010]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種時間標記組合方法與系統，該方法與系統能有效地組合原有的若干個時間標記或事件形狀漲落屬性，在可以測量到的數字量中發掘和時間信息有關聯的成分，提升時間標記的分辨率。
[0011]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0012]一種時間標記組合的方法，其包括步驟:
[0013]S1:采集數據獲得系統數字量測量值，并為測量值建立數據庫；
[0014]S2:識別原子時間標記量和形狀漲落統計量；
[0015]S3:估計每個原子時間標記的協方差矩陣；
[0016]S4:根據最小二乘準則給出時間標記組合。
[0017]優選的，在上述時間標記組合方法中，所述組合的時間標記是若干個原子時間標記和事件形狀漲落屬性的組合。
[0018]優選的，在上述時間標記組合方法中，所述組合的時間標記中所有原子時間標記加和的權重等于I。
[0019]優選的，在上述時間標記組合方法中，所述事件形狀漲落屬性的權重系數為任意一個不為零的實數值。
[0020]優選的，在上述時間標記組合方法中，所述原子時間標記的權重系數和事件形狀漲落屬性的權重系數構成組合的時間標記的所有參數集合。
[0021]優選的，在上述時間標記組合方法中，所述步驟SI中采用低活度的點源用作數據庫建立的標準。
[0022]一種時間標記組合的系統，其包括低劑量預采集數據模塊、數字量識別模塊、數字量方差計算模塊及時間標記組合參數計算模塊，其中，
[0023]劑量預采集數據模塊，用于對預采集的低計數率數字量進行存儲；
[0024]數字量識別模塊，用于識別預采集數字量模塊輸出的數字量是原子時間標記還是形狀漲落事件屬性；
[0025]數字量方差計算模塊，用于計算原子時間標記的協方差矩陣，確定組合時間標記的參數；
[0026]時間標記組合參數計算模塊，用于測試和運行得到的時間標記參數。
[0027]從上述技術方案可以看出，通過采用本發明的時間標記組合方法與系統，有效提高了系統時間分辨率，特別適合于數字式核儀器的時間獲取。
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