[發明專利]基于重心法的SiPM陣列讀出裝置及讀出方法

在審

• 申請號: 202010800178.X
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111953350A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 馬聰;吳國城;盧磊
• 申請（專利權）人: 明峰醫療系統股份有限公司
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12;H03M1/34;G01T1/29;G01T1/24
• 代理公司: 紹興市越興專利事務所(普通合伙) 33220
• 代理人: 高林

本發明涉及光電探測技術領域，尤其涉及一種基于重心法的SiPM陣列讀出裝置及讀出方法，利用不同的電容配比將SiPM陣列復用為四路，通過測量四路的能量來確定位置和能量信息，并且該四路信號均各自連接部分SiPM探測單元，減少了SiPM探測單元的連接個數，有利于提高系統信噪比，此外，通過使用電容網絡可以保證信號前沿擺率，有利于時間測量性能。

技術領域

本發明涉及光電探測技術領域，尤其涉及一種基于重心法的SiPM陣列讀出裝置及讀出方法。

背景技術

目前基于硅光電倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)探測器件由于其良好的能量和時間分辨率以及磁兼容性能越來越多地應用在正電子發射計算機斷層顯像(Positron Emission Tomography，PET)系統中。其原理是利用探測器晶體模塊捕獲的高能Gamma光子轉化成的低能可見光信號，然后通過SiPM轉換為電信號，再利用能量測量裝置和時間測量裝置(Time-Digital Converter,TDC)得到該電信號的能量和達到時間信息。然后利用后端的符合判選等方法篩選出有效信號，進而通過圖像重建算法得到光子產生的精準位置。為了控制系統成本和復雜度，一般采用一個SiPM探測器對應多個晶體進行耦合，然后通過多路復用的行列讀出電路對位置、能量和時間進行檢出。其中，基于重心法的位置檢出電路由于其良好的探測效率和位置分辨性能得到廣泛應用。目前已經發明出了多種方法，但大部分方法均需要將陣列中所有的SiPM探測單元連接在一起，這就大大增加了暗噪聲和寄生電容等不利因素，降低系統測量的信噪比。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種基于重心法的SiPM陣列讀出裝置及讀出方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種基于重心法的SiPM陣列讀出裝置，其特征在于：包括SiPM陣列、SiPM陣列讀出電路、模數轉換器、比較器及FPGA，SiPM陣列包括多個呈陣列分布的SiPM探測器單元；

所述SiPM陣列讀出電路包括四路信號輸出線路和電連接在SiPM探測器單元輸出端的電容，每個SiPM探測器單元的輸出端均連有若干個電容并通過電容容值對輸出信號的能量進行權重劃分；所述所有電容分成四部分，每部分電容的輸出端與一路信號輸出線路連接，且同一個SiPM探測器單元上的電容連接的信號輸出線路不同；

所述模數轉換器用于接收四路信號輸出線路輸出的權重信號，并進行模數變換得到數字信息；所述比較器用于接收四路信號輸出線路輸出的加和后的信號，得到數字脈沖；所述FPGA對數字信息進行能量積分得到能量和位置信息，對數字脈沖進行時間測量得到信號的到達時間。

一種基于重心法的SiPM陣列讀出方法，其特征在于，包括以下步驟：

S10.SiPM陣列利用SiPM陣列讀出電路得到四路權重信號；

S20.四路權重信號送入模數轉換器中進行模數變換，輸出數字信息并送入FPGA中進行能量積分，計算得到能量和位置信息；

S30.將四路權重信號加和，得到的信號通過比較器轉換為數字脈沖，然后送入FPGA完成時間測量。

進一步的，所述FPGA對四路權重信號的處理包括以下步驟：

S21.根據SiPM探測器單元的輸出權重對四路權重信號的能量進行計算，四路權重信號的能量分別計作P、R、S、Q；

S22.得到SiPM陣列總的輸出能量E，E＝P+R+S+Q，和SiPM探測器單元X方向上的位置PX和Y方向的位置PY，其中

S23.根據E、PX、PY的計算式，將每一個SiPM探測單元的權重信號的權重拓撲到位置信息。

本發明的優點在于：