信号采样电路、探测装置及成像系统
阅读：881发布：2021-06-11
专利汇可以提供信号采样电路、探测装置及成像系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 申请 公开了 信号 采样 电路 、探测装置及成像系统，该信号采样电路包括相互连接的多个比较器和 时间数字转换器 ，其中，多个比较器中的第一比较器的两个输入端分别与信号采样电路的信号输入端和参考幅度供应端连接，其还包括：延迟单元，其输入端与信号输入端连接，其输出端与多个比较器中的第二比较器和第三比较器的第一输入端连接；幅度保持单元，其输入端与信号输入端连接，其输出端与第三比较器的第二输入端连接；以及处理单元，其与时间数字转换器和幅度保持单元的输出端连接，其中，第二比较器的第二输入端与参考幅度供应端连接。通过利用本申请提供的技术方案可以采集到相对多的采样点，可以提高 电信号 的采样 精度 。，下面是信号采样电路、探测装置及成像系统专利的具体信息内容。
1.一种信号采样电路，其包括相互连接的多个比较器和时间数字转换器，其中，多个所述比较器中的第一比较器的两个输入端分别与所述信号采样电路的信号输入端和参考幅度供应端连接，其特征在于，所述信号采样电路还包括：
延迟单元，其输入端与所述信号输入端连接，其输出端与多个所述比较器中的第二比较器和第三比较器的第一输入端连接；
幅度保持单元，其输入端与所述信号输入端连接，其输出端与所述第三比较器的第二输入端连接；以及
处理单元，其与所述时间数字转换器和所述幅度保持单元的输出端连接以通过对所述时间数字转换器输出的时间数据进行处理来确定与所述幅度保持单元输出的幅度对应的时间，
其中，所述第二比较器的第二输入端与所述参考幅度供应端连接。
2.根据权利要求1所述的信号采样电路，其特征在于，所述幅度保持单元为包括电容、二极管和电感的电压保持电路，其中，所述电容的一端与所述电感的一端并联接地，所述电容的另一端与所述二极管的一端并联至所述第二比较器的所述第二输入端和所述处理单元，所述二极管的另一端与所述电感的另一端串联。
3.根据权利要求2所述的信号采样电路，其特征在于，所述二极管在通过所述信号输入端接收的待测电信号的幅度达到峰值之前导通，并且在所述待测电信号的幅度达到峰值之后截止。
4.根据权利要求1所述的信号采样电路，其特征在于，所述信号采样电路还包括：
时钟源，其被配置为向所述时间数字转换器提供时钟信号。
5.根据权利要求1所述的信号采样电路，其特征在于，所述处理单元包括：
模拟数字转换器，其被配置为将所述幅度保持单元输出的模拟信号转换为数字信号。
6.根据权利要求1所述的信号采样电路，其特征在于，所述信号采样电路还包括：
存储器，其被配置为存储所述处理单元输出的数据。
7.一种探测装置，其特征在于，所述探测装置包括探测器以及权利要求1-6中任一项所述的信号采样电路，所述探测器被配置为探测放射性射线并向所述信号采样电路发送所产生的电信号。
8.根据权利要求7所述的探测装置，其特征在于，所述探测器包括相互耦合的闪烁晶体和光电转换器。
9.根据权利要求8所述的探测装置，其特征在于，所述光电转换器包括硅光电倍增器、光电倍增管、电荷耦合器件或雪崩光电二极管。
10.一种成像系统，其特征在于，所述成像系统包括权利要求7-9任一项所述的探测装置以及图像重建装置，所述图像重建装置被配置为对所述信号采样电路所采集的采样点进行图像重建处理。
信号采样电路、探测装置及成像系统
技术领域
[0001] 本申请涉及光电探测技术领域，特别涉及一种信号采样电路、探测装置及成像系统。
背景技术
[0002] 正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography，简称PET)是一种利用放射性元素进行临床显像的技术，其过程为：将发射正电子的放射性核素标记到能够参与活体组织血流或代谢过程的化合物上，再将标有放射性核素的化合物注射到受检者体内。放射性核素在体内发射出的正电子与受检者体内的负电子结合发生电子对的湮灭，产生γ光子，释放出的γ光子可以被闪烁晶体接受转换为可见光，再通过光电倍增管元件转换为电信号以进行重建，从而帮助确定放射性核素的富集部位，并且帮助定位代谢旺盛区域并进行活度评估。
[0003] 在现有技术中，通常基于多电压阈值(MVT)采样方法来利用包括多个比较器和时间数字转换器(Time Digital Converter,简称TDC)的采样电路(如图1所示)对PET探测器产生的电信号进行数字化采样。然而，利用该采样电路采集到的采样点数量有限，并且不能判别所采集的采样点是否为信号幅值点，这可能会影响采样精度，也可能会影响后续信号还原的准确度。发明内容
[0004] 本申请实施例的目的是提供一种信号采样电路、探测装置及成像系统，以解决现有技术中存在的至少一种技术问题。
[0005] 为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种信号采样电路，该信号采样电路包括相互连接的多个比较器和时间数字转换器，其中，多个所述比较器中的第一比较器的两个输入端分别与所述信号采样电路的信号输入端和参考幅度供应端连接，该信号采样电路还包括：
[0006] 延迟单元，其输入端与所述信号输入端连接，其输出端与多个所述比较器中的第二比较器和第三比较器的第一输入端连接；
[0007] 幅度保持单元，其输入端与所述信号输入端连接，其输出端与所述第三比较器的第二输入端连接；以及
[0008] 处理单元，其与所述时间数字转换器和所述幅度保持单元的输出端连接以通过对所述时间数字转换器输出的时间数据进行处理来确定与所述幅度保持单元输出的幅度对应的时间，
[0009] 其中，所述第二比较器的第二输入端与所述参考幅度供应端连接。
[0010] 可选地，所述幅度保持单元为包括电容、二极管和电感的电压保持电路，其中，所述电容的一端与所述电感的一端并联接地，所述电容的另一端与所述二极管的一端并联至所述第三比较器的所述第二输入端和所述处理单元，所述二极管的另一端与所述电感的另一端串联。
[0011] 可选地，所述二极管在通过所述信号输入端接收的待测电信号的幅度达到峰值之前导通，并且在所述待测电信号的幅度达到峰值之后截止。
[0012] 可选地，所述信号采样电路还包括：
[0013] 时钟源，其被配置为向所述时间数字转换器提供时钟信号。
[0014] 可选地，所述处理单元包括：
[0016] 可选地，所述信号采样电路还包括：
[0017] 存储器，其被配置为存储所述处理单元输出的数据。
[0018] 本申请实施例还提供了一种探测装置，该探测装置包括探测器以及上述信号采样电路，所述探测器被配置为探测放射性射线并向所述信号采样电路发送所产生的电信号。
[0019] 可选地，所述探测器包括相互耦合的闪烁晶体和光电转换器。
[0021] 本申请实施例还提供了一种成像系统，该成像系统包括上述探测装置以及图像重建装置，所述图像重建装置被配置为对所述信号采样电路所采集的采样点进行图像重建处理。
[0022] 由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例通过利用第三比较器和时间数字转换器采集待测电信号的第一采样点，并且利用延迟单元、幅度保持单元、第二比较器、第三比较器、时间数字转换器以及处理单元等采集待测电信号的第二采样点，这增加了所采集的采样点的点数，从而可以提高信号采样精度以及后续信号还原的准确度。附图说明
[0023] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024] 图1是现有技术中的信号采样电路的结构示意图；
[0025] 图2是本申请实施例提供的一种信号采样电路的结构示意图；
[0026] 图3是经过幅度保持单元处理前后的待测电信号的波形示意图；
[0027] 图4是电压保持电路的结构示意图；
[0028] 图5是本申请实施例提供的另一种信号采样电路的结构示意图；
[0029] 图6是本申请实施例提供的又一种信号采样电路的结构示意图；
[0030] 图7是本申请实施例提供的一种探测装置的结构示意图；
[0031] 图8是PET探测器的结构示意图；
[0032] 图9是本申请实施例提供的一种成像系统的结构示意图。
具体实施方式
[0033] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是用于解释说明本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例，并不希望限制本申请的范围或权利要求书。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0034] 需要说明的是，当元件被称为“设置在”另一个元件上，它可以直接设置在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当元件被称为“连接/耦合”至另一个元件，它可以是直接连接/耦合至另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“连接/耦合”可以包括电气和/或机械物理连接/耦合。本文所使用的术语“包括/包含”指特征、步骤或元件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、步骤或元件的存在或添加。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意的和所有的组合。
[0035] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，而并不是旨在限制本申请。
[0036] 另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0037] 下面结合附图对本申请实施例所提供的信号采样电路、探测装置及成像系统进行详细说明。
[0038] 如图2所示，本申请实施例提供了一种信号采样电路100，其可以包括用于从外部接收信号的信号输入端和用于提供参考幅度或通过其预先设置参考幅度的参考幅度供应端以及相互连接的多个比较器(例如，n个第一比较器110、第二比较器120、第三比较器130，n为正整数)和时间数字转换器(TDC)140，并且还可以包括延迟单元150、幅度保持单元160以及处理单元170。其中，延迟单元150的输入端与信号输入端连接，其输出端与多个比较器中的第二比较器120和第三比较器130的第一输入端连接；幅度保持单元160的输入端与信号输入端连接，其输出端与第三比较器130的第二输入端连接；以及处理单元170与时间数字转换器140和幅度保持单元160的输出端连接。
[0039] 在一实施例中，第一比较器110的两个输入端(即，正相输入端和反相输入端)可以分别与信号采样电路的信号输入端(例如，V(t)输入端)与参考幅度供应端(例如，V1～Vn供应端)连接以接收待测电信号和参考幅度，其输出端可以与TDC 140连接以向其发送电平信号。
[0040] 每个第一比较器110均可以是电压比较器，并且其可以用于将通过信号输入端接收的待测电信号的幅度与从参考幅度供应端接收的参考幅度进行比较，并根据比较结果向TDC 140输出对应的电平信号。例如，当待测电信号的幅度大于或等于参考幅度时，其可以输出高电平信号，当待测电信号的幅度小于参考幅度时，其可以输出低电平信号。相应地，时间数字转换器140可以根据从每个第一比较器110接收的电平信号记录待测电信号的幅度达到每个参考幅度时的第一时间，从而获得第一采样点。每个第一采样点均可以由一个参考幅度以及对应的第一时间来表征，例如，(T1,V1)、(T2,V2)、(T3,V2)或(T4,V1)，并且可以将参考幅度记录为第一幅度。
[0041] 需要说明的是，n个第一比较器110所接收的参考幅度各不相同，并且这些参考幅度的具体数值可以根据待测电信号的特性来预先设置的。
[0042] 第二比较器120也可以是电压比较器，其可以与多个参考幅度供应端之一连接，并且可以用于将从延迟单元150接收的延迟信号的电压与从与其连接的参考幅度供应端接收的参考幅度进行比较，并且根据比较结果向TDC 160输出对应的电平信号。例如，当延迟信号的电压大于或等于参考幅度时，其可以输出高电平信号，当延迟信号的电压小于参考幅度时，其可以输出低电平信号。相应地，时间数字转换器160可以根据所接收的电平信号记录延迟信号的电压达到参考幅度时的第一延迟时间。
[0043] 第三比较器130也可以是电压比较器，其可以用于将从延迟单元150接收的延迟信号的幅度与幅度保持单元160的输出信号的第二幅度进行比较，并根据比较结果向TDC 140输出对应的电平信号。例如，当延迟信号的幅度大于或等于幅度保持单元160的输出信号的第二幅度时，其可以输出高电平信号，当延迟信号的幅度小于幅度保持单元160的输出信号的第二幅度时，其可以输出低电平信号。相应地，时间数字转换器160可以根据所接收的电平信号记录延迟信号的幅度达到幅度保持单元160的输出信号的第二幅度时的第二延迟时间。
[0044] TDC 140可以用于根据从第一比较器110、第二比较器120和第三比较器130接收的电平信号输出对应的表示时间的数字信号。在具体的实施例中，可以根据实际需求灵活地设置TDC 140，例如，可以针对每个第一比较器110设置两个TDC160以分别记录每个参考幅度所对应的两个第一时间；也可以针对每个第一比较器110、第二比较器120和第三比较器130分别设置一个TDC 140；也还可以针对所有的比较器只设置一个TDC 140，以减小该信号采样电路的体积和成本。关于TDC的详细描述，可以参照现有技术中的相关描述，在此不再赘叙。
[0045] 延迟单元150可以用于将所接收的待测电信号延迟一段时间并且向第二比较器120和第三比较器130发送延迟后的信号(即，延迟信号)，待测电信号的具体延迟时间可以根据实际需求来预先设定或者根据所接收的指令来实时控制。延迟单元150可以为延迟线，其长度可以根据延时时间来确定，也可以为其它的延迟元件或电路结构。
[0046] 幅度保持单元160可以是预先根据实际需求或经验来设计或选取的，其可以用于对所接收的待测电信号进行幅度保持处理，以使得在待测电信号的幅度达到某一数值之后在某一段时间内能够保持输出幅度为该数值(即，第二幅度)的信号。例如，幅度保持单元160可以在待测电信号的幅度达到其内部设置的幅度阈值之后保持输出幅度为幅度阈值的信号，也可以在待测电信号的电压达到峰值(即，待测电信号的最大幅度或最小幅度)之后保持输出幅度为峰值的信号，如图3所示。需要说明的是，第二幅度与参考幅度不同。
[0047] 在一个实施例中，如图4所示，该幅度保持单元160可以为包括电容、二极管和电感等元件的电压保持电路。在该电压保持电路中，电容的一端可以与电感的一端并联接地，电容的另一端与二极管的一端可以并联至第二比较器120的第二输入端和处理单元170，二极管的另一端可以与电感的另一端串联。该二极管可以在通过信号输入端接收的待测电信号的幅度达到峰值之前导通，并且在待测电信号的幅度达到峰值之后截止，从而可以使电容的电压稳定一段时间。在测量过程中，当电容两端的电压突然产生变化时，例如，从Vi跳变为Vj(其中，i和j为不同的正整数)时，可以认为待测电信号的电压达到峰值，并且记录该峰值。
[0048] 另外，该幅度保持单元160也可以是用于保持电压的其他元件或电路结构，在此并不限制。
[0049] 处理单元170可以用于对TDC 140输出的时间数据进行处理以确定待测电信号的幅度达到第二幅度时的第二时间以获得第二采样点，例如，(Tj,Vj)。具体地，处理单元170可以计算第一延迟时间与第二延迟时间之间的差值，并且可以利用该差值以及与第二比较器从参考幅度供应端接收的参考幅度对应的第一时间来计算与第二幅度对应的第二时间。该计算过程可以用公式表示如下：
[0050] Tj＝Ti+△T＝Ti+(T'j-T'i)
[0051] 上式中，Tj表示第二时间，优选地为待测电信号的最大幅度或最小幅度所对应的时间；Ti表示第一时间，其可以是与第二比较器所接收的参考幅度对应的两个第一时间中的任意一个；T'j表示第二延迟时间；T'i可以是与第一时间Ti对应的第一延迟时间。
[0053] 在另一实施例中，如图5所示，上述信号采样电路100还可以包括：时钟源180，其可以与TDC 140连接以向每个TDC 140提供时钟信号(优选地，同步时钟信号)，以使得所有的TDC 140都可以按照所接收的时钟信号进行操作。
[0054] 在另一实施例中，上述处理单元170可以包括：模拟数字转换器(未示出)，其可以与幅度保持单元160连接，以将幅度保持单元160输出的模拟信号转换为数字信号。
[0055] 在另一实施例中，如图6所示，上述信号采样电路100还可以包括：存储器190，其可以与处理单元170连接，并且可以用于将处理单元170输出的数据进行存储。
[0056] 在上述实施例中，第一幅度(即，参考幅度)和第二幅度均可以为电压或电流，也可以是用于表示幅度的其它物理量。
[0057] 通过上述描述可以看出，本申请实施例提供的信号采样电路通过利用第一比较器和TDC来采集待测电信号的第一采样点，并且利用第二比较器、第三比较器、延迟单元以及幅度保持电路、处理单元等来采集待测电信号的第二采样点，这增加了所采集的采样点点数，从而可以提高采样精度，并且可以提高后续信号还原的准确度。而且，通过利用本申请的技术方案，可以自适应地采集到电信号的幅值点(即，波峰或波谷)，这更加有利于提高后续信号还原的准确度，从而可以提高能量分辨率。
[0058] 本申请实施例还提供了一种探测装置1000，如图7所示，该探测装置1000可以包括上面实施例中描述的信号采样电路100以及与信号采样电路100连接的探测器200。探测器200具体地可以与信号采样电路100中的信号输入端连接以向信号采样电路100发送待测电信号。探测器200可以是能够探测放射性射线并且产生对应电信号的任意探测器，优选地为PET探测器，此时，其可以包括相互耦合的闪烁晶体210和光电转换器220，如图8所示。该光电转换器220可以包括硅光电倍增器、光电倍增管、电荷耦合器件或雪崩光电二极管等。关于闪烁晶体和光电转换器的详细描述可以参照现有技术中的相关描述，在此不再赘叙。
[0059] 通过本申请实施例提供的探测装置，可以实现对PET探测器探测到的电信号的数字化采样，并且可以自适应地采集到电信号的幅值点，这可以提高后续信号还原的准确度。
[0060] 本申请实施例还提供了一种成像系统，如图9所示，该成像系统可以包括上述探测装置1000以及与探测装置1000连接的图像重建装置2000，该图像重建装置2000可以被配置为对探测装置1000中的信号采样电路采集的采样点进行图像重建处理，以还原探测装置1000中的探测器所输出的电信号的波形。图像重建装置2000可以是能够对采样点进行图像重建处理的任意装置。
[0061] 通过利用本申请实施例提供的成像系统，可以提高信号还原的准确度。
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