[发明专利]一种基于SiPM探测系统的增益控制方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于SiPM探测系统的增益控制方法和装置，涉及及医学影像设备技术领域，所述方法包括采集探测系统的本底计数；获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布；计算出所有探测器模块的本底计数率；计算当前本底计数率与目标本底计数率的偏差量；对比偏差量，获取无级变速目标控制量；发送无极变速目标控制量指令。所述装置包括依次相连的数据采集模块、数据处理与分析模块、FPGA模块、以及带有无级变速控制模块的冷却系统；所述冷却系统和数据采集模块分布于所述探测器系统中。本发明能实现对SiPM探测器模块温度的均匀有效的控制，使SiPM增益保持稳定并，最终实现PET图像质量及性能指标的提升。

技术领域

本发明涉及医学影像设备技术领域，尤其涉及一种基于SiPM探测系统的增益控制方法及装置。

背景技术

正电子发射计算机断层显像(Positron Emission Computed Tomography，简称PET)是目前最先进的医疗诊断设备之一。其工作原理是将同位素标记药物注入体内，该放射性核素会释放出正电子，并与体内的负电子快速发生湮灭辐射，并产生两个能量相同，方向相反的γ光子。

PET系统通过采用环绕人体的核探测器装置，可以获取光子被探测器探测到的时间、位置和能量信息，并根据该信息重建图像。常用的核探测器包括由多个闪烁晶体组成的晶体阵列(Crystal array)和光电探测器。其中，晶体阵列用于接收病患体内释放出的光子(例如γ光子)并将其转换成可见光，光电探测器用于将可见光转换成脉冲信号。

SiPM(Silicon Photo—multiplier，硅光电倍增探测器)是近年来逐渐兴起的一种用于光探测领域的光电探测器件，与传统的PMT(Photo multiplier tube，光电倍增管)相比，SiPM具有体积小，便于研制成探测器阵列的形式；可在低偏压下工作，具有良好的抗磁场干扰和耐机械冲击性能；具有高增益、高光子探测效率、快速响应、以及优良的时间分辨率和宽光谱响应范围等优点。并且增益值与外部所提供的偏置电压成线性关系，如图1所示。

基于SiPM的PET探测器的原理是利用SiPM将探测器晶体模块捕获的高能Gamma光子转化成的低能可见光信号通过光电效应转化为电信号，并进行放大，通常可达到106增益级别，再通过电子学模块进行模拟信号处理并转化为数字信号，再进行信号输出及处理。

与传统PMT相比，SiPM具有体积小，抗磁场干扰，高增益，高光子探测效率，良好的时间性能等优点，然而缺点是：受环境温度特别敏感。当环境温度发生变化时，其SiPM的增益会发生漂移，从而导致数据的可信度差。即：环境温度升高，增益下降，随之带来计数率的下降；而当环境温度降低，其增益会增大，随之带来计数率的升高，并且升高和降低与环境温度呈良好的线性关系。如图2所示，从而影响PET探测器系统的探测效率，数据可信度降低，最终导致图像质量及性能指标的下降。

因此，迫切需要对SiPM的温度进行控制，保证SiPM的增益不受环境温度的变化而漂移。以免造成PET系统性能指标及图像质量的下降。

现有技术中，控制SiPM增益受温度影响的方法有：

1)采用冷却方式，即采用水冷或风冷技术对SiPM器件进行冷却。并且所有的SiPM探测器模块，均采用相同的风速或水流速度对器件做冷却。该方法的缺点是，对PET系统中的所有模块的冷却效果不均匀，从而会导致局部模块的温度并不能冷却到预期值。从而造成冷却资源的分配不均；

2)采用温度补偿方法，即：通过监控模块的温度，并通过调整对应模块的偏置电压来升高或降低该模块的增益值。该方法的缺点是：增大偏置电压，会导致器件功耗的进一步加大，最终会导致器件温度的进一步升高；