[发明专利]PET的Wave-union型TDC装置及测量方法

说明书

本发明涉及时间测量领域，尤其涉及一种PET的Wave‑union型TDC装置及测量方法，利用在进位链中引入Wave Union Launcher激发输入脉冲信号产生周期性震荡，通过多次测量信号的前沿时刻达到提高测量精度的目的；另外，还利用晶体本底噪声进行TDC的在线非线性修正，进一步提高时间分辨率和统一数据格式，方便后端符合逻辑算法；优势在于：该装置具有精度高、死时间小、成本低和易集成等优势，满足绝大部分PET系统应用需求。

技术领域

本发明涉及时间测量领域，尤其涉及一种PET的Wave-union型TDC装置及测量方法。

背景技术

基于飞行时间测量（Time-of-fight, TOF）成像原理的正电子发射计算机断层显像（Positron Emission Tomography，PET）由于其高信噪比和低随机符合率等受到青睐。其探测原理是利用晶体（比如Lyso）将放射源释放的伽马射线转换为可见光，然后利用光电转换器件（PMT或者SiPM）将可见光转换为模拟电信号。前端电路对该模拟电信号进行高精度的能量和时间测量，然后将测量结果送入后端数据获取系统（Data acquisition，DAQ）中进行符合判选。最终利用有效信号在符合线上的两个事件的时间差，重建放射源图像。除了探测器硬件本身信噪比的影响外，时间数字转换器（Time-Digital Converter，TDC）的精度也直接影响图像质量。

对于传统的PET系统中的时间测量，一般是借助于高精度的商用专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）TDC芯片来完成时间测量。ASIC TDC具有稳定性好和精度高的优点，但是其成本较高，电路复杂，不利于像PET这样超多通道应用情形。近年来，基于FPGA的TDC由于其成本低、研发周期短、精度高和配置灵活等优势发展迅猛。基于进位链类型的FPGA-TDC是利用FPGA内部固有的进位链资源实现，具有开发难度低的优势而广受欢迎。其原理是利用输入脉冲信号在进位链各个进位单元上产生不同的电平状态来标记输入脉冲到达的时间。基于进位链的FPGA-TDC由于进位单元延迟及其不均匀性，精度一般可达数十皮秒量级。为了进一步提高测量精度，克服最小延迟单元限制，美国费米国家实验室提出了Wave-Union方法，能够在尽量节省FPGA资源的情况下提高测量精度。大致原理是利用在进位链中引入Wave Union Launcher激发输入脉冲信号产生稳定的周期性震荡，通过多次测量信号的前沿时刻达到提高测量精度的目的。

如何将Wave-union型FPGA-TDC装置应用于PET，成为本案需要解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种PET的Wave-union型TDC装置及测量方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种PET的Wave-union型TDC装置，包括输入端D触发器、多路选择器、非门、进位链、Wave-union Launcher、DFF阵列、pipeline编码器、非线性修正逻辑、细时间计算逻辑、粗计数器以及数据缓存器；

所述输入端D触发器用于锁存和清空输入脉冲信号；

所述进位链装置是FPGA内部CARRY4硬核串联形成，输入脉冲信号进入后在链内递加传递，利用链上不同抽头电平状态来标记脉冲到达时刻；

所述DFF阵列由D触发器构成，用于锁存进位链抽头上的电平并产生温度计码；

所述Wave-union Launcher是利用进位链的其中一个抽头，通过非门反馈到多路选择器输入端，产生周期震荡脉冲；

所述Pipeline编码器用于将温度计码转换为二进制编码的细时间信息；

所述细时间计算逻辑是将多次震荡得到的细时间信息归一化，并求和或取平均得到最终的细时间结果；