(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非パイルアップパルスのデジタル波形データベースを取得し、パルスの立ち下がりエッジのデジタル波形のクエリ表を生成してデータ採集システムに記憶するステップＳ１と、
パイルアップを有するパルスのデータ採集を行うとき、マルチ電圧閾値サンプリング方法を利用してパイルアップパルスの識別とパルス信号の処理プロセスの触発を達成するステップＳ２と、
パルス信号の処理の過程において、採集されたパイルアップになっていない部分のパルス情報を利用して、パルスパイルアップに起因するサンプリングが不正確である部分の情報を取得するように、前記デジタル波形のクエリ表を検索し、パイルアップパルスのリアルタイム処理を達成するステップＳ３と
を備えることを特徴とするパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法。
【請求項２】
前記ステップＳ１は、
パイルアップパルスがない場合、マルチ電圧閾値サンプリング方法で、正常なパルスのＭＶＴ触発信号を採集するステップＰ１と、
触発後に、定期的な時間サンプリング方法で、パルス波形をサンプリングし、シンチレーションパルスのデジタル波形を取得するステップＰ２と、
シンチレーションパルスのデジタル波形のデータベースから、各シンチレーションパルスの立ち下がりエッジの振幅の変化状況を抽出し、対応するフィッティングベースライン値クエリ表及びフィッティングエネルギ値クエリ表を生成するステップＰ３と、
前記デジタル波形のクエリ表として、上記のフィッティングベースライン値クエリ表及びフィッティングエネルギ値クエリ表をデータ採集システムに記憶するステップＰ４と
を備え、
前記ＭＶＴ触発信号は、マルチ電圧閾値サンプリング方法で取得される、パルスの立ち上がりエッジのレベル反転信号を示し、
前記フィッティングベースライン値クエリ表は、非パイルアップパルスから取得したベースライン値を示し、
前記フィッティングエネルギ値クエリ表は、非パイルアップパルスから取得したエネルギ値を示すことを特徴とする、請求項１に記載のパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法。
【請求項３】
前記ステップＳ２は、
データ採集システムが、シンチレーションパルスの電気信号を採集し、シンチレーションパルスが一定の持続時間を有して出現時間が固定ではないので、二つ又は複数のシンチレーションパルスがパルスパイルアップを発生するステップＰ１と、
シンチレーションパルスの電気信号がそれぞれマルチ電圧閾値サンプリング方法でサンプリングされ、マルチ電圧閾値サンプリング方法により、複数の電圧閾値とシンチレーションパルス波形の急激な立ち上がりエッジの電圧とを比較して、当該パルスがパイルアップパルスであるかどうかに関わらず、その立ち上がりエッジにおいてレベル反転信号を取得することが可能であるステップＰ２と、
マルチ電圧閾値サンプリング方法によって取得されたレベル反転信号をパルスの識別信号とし、定期的な時間サンプリング方法で、パルスに対してサンプリング及びデジタル積分を行ってパルスのエネルギ情報を求めるように触発するステップＰ３と
を備えることを特徴とする、請求項２に記載のパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法。
【請求項４】
前記ステップＳ３は、具体的に、
データ採集システムが、マルチ電圧閾値サンプリング方法と定期的な時間サンプリング方法とでシンチレーションパルスの電気信号のデータサンプリングを行う際に、パイルアップイベントが発生した場合、前のパルスのＭＶＴ触発信号を前のパルスのデジタル積分の開始信号とするステップａと、
二番目のパルスのＭＶＴ触発信号が発生する場合、パイルアップパルスにおける１つ前のパルスのパイルアップになっていない部分のパルス立ち下がりエッジを入力パラメータとし、前記フィッティングエネルギ値クエリ表を検索することで、前のパルスのパイルアップ部分のエネルギ値を取得し、採集されたパイルアップになっていない部分のエネルギ値と合わせて前のパルスのエネルギ値とするステップｂと、
同時に、前のパルスのパイルアップになっていない部分のパルス立ち下がりエッジを入力パラメータとして前記フィッティングベースライン値クエリ表を検索することで、前のパルスのパイルアップ発生後のパルス振幅を取得し、且つサンプリング時刻毎に、該パルスの振幅をパルスの立ち下がりエッジの指数関数的な減衰を示す減衰方程式に従って更新するステップｃと、
後のパルスのデジタル積分の過程において、サンプリング時刻毎に、前のパルスの振幅の現在の更新値を差し引くことで、後のパルスの実際の振幅を取得するステップｄと、
後のパルスのデジタル積分の時間内に新たなパルスのＭＶＴ触発信号が再び発生すると、後のパルスを前のパルスと見なし、上記の処理方法に従ってイテレートを行うステップｅと
を備えることを特徴とする、請求項３に記載のパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法。
【請求項５】
ＭＶＴ触発信号が来ると、信号を生成し、前のパルスのサンプリングされた立ち下がりエッジ波形を現在のベースライン値に更新する触発モジュールと、
前記触発モジュールから前記信号を受信すると、定期的な時間サンプリング方法で取得したサンプリング値からベースライン補正値を差し引いた値を、実際のパルス振幅として積分するデジタル積分モジュールと、
現在のベースライン値と積分済みの時間によって、パルスの未積分部分のエネルギのフィッティング値を与えるフィッティングエネルギ値クエリモジュールと、
現在のベースライン値と積分済みの時間によって、パイルアップに起因して採集されない前のパルスの波形振幅を取得し、後のパルスのベースライン補正値とするフィッティングベースライン値クエリモジュールと
を備え、
前記ＭＶＴ触発信号は、マルチ電圧閾値サンプリング方法で取得される、パルスの立ち上がりエッジのレベル反転信号を示すことを特徴とするパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理のシステム。
【請求項６】
前記デジタル積分モジュールは、デジタル積分の周期内に二回目のＭＶＴ触発信号が発生しない場合、パイルアップイベントの発生がないと判断し、デジタル積分の周期が達成される時に出力されたパルスエネルギ値を現在のＭＶＴ触発信号に対応するパルスエネルギ値とすることを特徴とする、請求項５に記載のパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理のシステム。
【請求項７】
前記デジタル積分モジュールは、デジタル積分の周期内に二回目のＭＶＴ触発信号が発生すると、フィッティング情報クエリモジュールにより取得された未積分部分のフィッティングエネルギ値を、二回目のＭＶＴ触発信号が発生する前に積分が済んだ部分のエネルギ値に加えた値を、現在のＭＶＴ触発信号に対応するパルスエネルギ値とすることを特徴とする、請求項５に記載のパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル信号処理の分野に関し、特に、マルチ電圧閾値サンプリング技術に基づくパルスパイルアップイベントリアルタイム処理の方法及びシステムに関する。本願は、２０１５年１１月５日に中国国家知識産権局へ提出された、発明の名称を「パルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法及びシステム」とする中国特許出願番号第２０１５１０７５１８１７．７号に基づく優先権を主張し、当該出願に記載された全ての内容を本願に援用するものである。
【背景技術】
【０００２】
高エネルギー粒子を検出する分野や陽電子放射断層撮影（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、以下、ＰＥＴと略記する）などの核医学イメージング分野では、ガンマ光子情報の検出を行う必要がある。一般的には、ガンマ光子は、シンチレーション結晶によって、可視光の光子に変換され、その後、光電変換素子によって、シンチレーションパルスの電気信号に変換される。最後に、データ採集回路を介してシンチレーションパルスの電気信号に含まれるガンマ光子に対応する情報が抽出される。
【０００３】
計数性能は、高エネルギー粒子検出器の基本性能の指標の一つであり、システムが単位時間当たりに採集できるイベントの数量の限界を示す。例えば、高放射束宇宙線の検出及び短い半減期の放射性トレーサ、動的スキャンなどの高い活量、高い感度が要求される核医学イメージングに適用する場合、高エネルギー粒子検出器の計数性能の限界に対して、厳しい要求が突き付けられる。
【０００４】
しかしながら、検出器の計数率を高めることに伴って、シンチレーションパルスのパイルアップの現象は、より深刻になり、検出器の性能と計数の限界に影響を与える要因になる。パルスパイルアップは、同じ検出チャネルにおいて一つのシンチレーションパルスの持続時間内に二つ以上のガンマ光子のイベントが検出されることと定義される。パルスパイルアップは、複数のシンチレーションパルスの波形を積み重ね、データ採集システムがシンチレーションパルス情報のそれぞれを独立に取得することに影響を与え、数え落としや、エネルギ情報の劣化と位置情報の劣化などの一連の問題をもたらし、高い計数率の場合に検出器の性能が深刻に劣化する。
【０００５】
高い計数率の場合に検出器の性能がパルスパイルアップによって劣化する課題を解決するために、研究者は、多種の方法を提供した。例えば、動的積分法を提供した。具体的には、二つのパルスが触発する時間の間隔を検出し、一つの積分時間内に二番目のパルスが来ると、一番目のパルスに対する積分を終わり、パルスのモデルにより、一番目のパルスの積分が完了していない部分を推計し、一番目のパルスの積分値にその推計値を加えて、二番目のパルスの積分値からその推計値を差し引き、最後に、パイルアップされた二つのパルスの実際の積分値を得る（非特許文献１参照）。
【０００６】
非特許文献２において提供したデジタルシングルイベント再構築（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｅｖｅｎｔ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ、ＤｉＳＥＲと略称する）方法は、動的積分法を改善したものと見なすことができる。ＤｉＳＥＲ方法は、シンチレーションパルスのモデルにより、パイルアップイベントにおける単一パルスの情報を再構築し、そのパルスのモデルは、急激に上昇する一つの立ち上がりエッジと指数関数的に減衰する一つの立ち下がりエッジからなる。ＤｉＳＥＲ方法は、サンプリングされて得た一つのフレームのデジタルパルス波形を導出することにより、シンチレーションパルスの個数及び発生時刻の間隔を決定する。二つのシンチレーションパルスの立ち上がりエッジの間のサンプリング点は、前のパルスの立ち下がりエッジであると見なされ、且つ立ち下がりエッジの全部分を再構築することに利用され、後のシンチレーションパルスの波形を取得する時に、パイルアップイベントにおける各パルスの実際の波形が恢復されるように、その立ち下がりエッジを差し引く。
【０００７】
他の構想では、検出器に追い込まれたガンマ光子を一つのインパルス関数と見なし、検出器をブラックボックスシステムと見なし、且つ、その構成により検出器は特定のシステム応答関数を有し、検出器から電子機器に出力されたシンチレーションパルスの電気信号を、インパルス関数とシステム応答関数とが畳み込まれた結果と見なし、ノイズがあることが考えられるので、解析の方式で元のパルスを解くことはできないが、イテレートの方法を引き入れてシンチレーションパルス電気信号からガンマ光子の情報を恢復することができる。検出器をシステム全体と見なすため、その方法は、作動原理の上で特定のパルス形状に限られていない、且つ、恢復後のパルスの持続時間が非常に短いので、計数率を非常に高めた検出器に適用できる（非特許文献３参照）。
【０００８】
パルスパイルアップによって発生するベースラインドリフトを処理することに対する研究もある。例えば、非特許文献４には、パイルアップによって発生するベースラインドリフトの問題に対して、ベースライン値の分布を統計的に分析する方法が提案されている。回路の白色ノイズがガウス分布に適合し、シンチレーションパルスのトレーンがポアソン分布に適合し、同時に、高活度であっても、アナログデジタル変換器（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、ＡＤＣと略称する）によってサンプリングされた波形全体の大部分は、パルストレーンの影響を受けず、つまり、ベースラインがないパルスからなるガウスピークを、ベースライン値の統計分布から識別することができ、そのガウスピークの平均値が現在のベースライン値であることが考えられるので、ＡＤＣサンプリング波形におけるベースライン部分のベースライン値のデータベースをリアルタイムに更新し、その振幅の分布を統計的に分析することにより、現在のベースライン値を追跡し、パルスサンプリング端にフィードバックしてベースラインの補正を行うことができる。
【０００９】
動的積分法とＤｉＳＥＲ方法は、位置感知型の検出器に適用される場合、一つのガンマ光子イベントにおいて発生した同源の複数のシンチレーションパルス信号の処理同期の問題に直面する。例えば、位置感知型光電子増倍管（Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ  Ｔｕｂｅ、ＰＭＴと略称する）は、ガンマ光子を受信した後、位置情報を含む矩形状パルス信号の一つのグループを発生し、且つ、同じグループの矩形状パルス信号の波形に差異があるので、上記の方法を採用すれば、一部のパルスのみが触発され、後の処理が行われる可能性が高い。また、各矩形状パルス信号が独立に触発されるので、触発の時刻が同期せず、エネルギ及び位置の情報の取得の精度が劣化する。また、上記の２つの方法は、一定時間のデータフレームを採集した後、データの再生によってパイルアップパルスの発生時刻を決定する必要があり、検出器でパイルアップパルスをリアルタイムに処理することができない。
【００１０】
検出器のシステム応答関数とイテレートアルゴリズムを利用してパルスの恢復を行う方法は、シンチレーションパルスのデジタル化に高いサンプリングレートが要求され、且つイテレートアルゴリズムは時間がかかるので、リアルタイム処理を必要とする検出器及びシステムにおいてその方法を実現することは困難である。
【００１１】
パルスパイルアップによって発生するベースラインドリフトを、パルスのベースライン値の統計に基づいて処理する方法は、ベースラインの更新に一定の応答時間が必要であり、パルストレーンに起因するベースラインドリフトの影響を軽減することだけができ、パルスパイルアップが発生する時にパルスに対してリアルタイムな恢復処理を行うことができない。
【００１２】
従って、上記の技術問題に対して、上記の不備を克服するように、構造を改良したパルスパイルアップのリアルタイム処理の方法を提供する必要がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Lewellen T K;Bice A N;Pollard K R, et al. "Evaluation of a Clinical Scintillation Camera with Pulse Tail Extrapolation Electronics," The Journal of Nuclear Medicine,vol. 30,no. 9,pp. 1554-1558, 1989.
【非特許文献２】X. Wang; Q. G. Xie; Y. B. Chen; M. Niu; and P. Xiao, "Advantages of Digitally Sampling Scintillation Pulses in Pileup Processing in PET," IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 59, pp. 498-506, Jun 2012.
【非特許文献３】Z. Z. Deng; Q. G. Xie; Z.W. Duan and P. Xiao, "Scintillation event energy measurement via a pulse model based iterative deconvolution method," Phys. Med. Biol, vol. 58, pp. 7815, 2013.
【非特許文献４】H. D. Li; C.Wang; Baghaei H.; Y. X. Zhang; Ramirez R.; S. T. Liu; S. H. An; Wai-Hoi Wong, "A New Statistics-Based Online Baseline Restorer for a High Count-Rate Fully Digital System," IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 57, no. 2, pp.550-555, April 2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
それに鑑みて、本発明は、マルチ電圧閾値サンプリング（Ｍｕｌｔｉ−ｖｏｌｔａｇｅ  Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ、ＭＶＴと略称する）技術に基づくパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法を提供することを目的とする。その方法は、シンプルで効率的であり、検出器レベルのリアルタイムデータ採集システムに容易に実現され、低いサンプリングレートの場合にも、パイルアップパルス情報のより良い恢復效果を得ることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を実現するために、本発明は、以下のような技術案を提供する。
【００１６】
パルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法であって、
非パイルアップパルスのデジタル波形データベースを取得し、パルスの立ち下がりエッジのデジタル波形のクエリ表を生成してデータ採集システムに記憶するステップＳ１と、
パイルアップを有するパルスのデータ採集を行うとき、マルチ電圧閾値サンプリング方法を利用してパイルアップパルスの識別とパルス信号の処理プロセスの触発を達成するステップＳ２と、
パルス信号の処理の過程において、採集されたパイルアップになっていない部分のパルス情報を利用して、パルスパイルアップに起因するサンプリングが不正確である部分の情報を取得するように、デジタル波形表を検索し、パイルアップパルスのリアルタイム処理を達成するステップＳ３と
を備える。
【００１７】
上記のパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法において、好ましくは、前記ステップＳ１は、
パイルアップパルスがない場合、マルチ電圧閾値サンプリング方法で、正常なパルスの触発信号を採集するステップＰ１と、
触発後に、定期的な時間サンプリング（Ｒｅｇｕｌａｒ−ｔｉｍｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ、ＲＴＳと略称する）方法で、パルス波形をサンプリングし、シンチレーションパルスのデジタル波形を取得するステップＰ２と、
シンチレーションパルスのデジタル波形のデータベースから、各シンチレーションパルスの立ち下がりエッジの振幅の変化状況を抽出し、対応するフィッティングベースライン値クエリ表及びフィッティングエネルギ値クエリ表を生成するステップＰ３と、
上記の表をデータ採集システムに記憶するステップＰ４と
を備える。
【００１８】
上記のパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法において、好ましくは、前記ステップＳ２は、
データ採集システムが、高い計数率でシンチレーションパルスの電気信号を採集し、シンチレーションパルスが一定の持続時間を有して出現時間が固定ではないので、距離が近い二つ又は複数のシンチレーションパルスがパルスパイルアップを発生するステップＰ１と、
シンチレーションパルスの電気信号がそれぞれＭＶＴ方法でサンプリングされ、ＭＶＴ方法により、複数の電圧閾値とシンチレーションパルス波形の急激な立ち上がりエッジの電圧とを比較して、当該パルスがパイルアップパルスであるかどうかに関わらず、その立ち上がりエッジにおいてレベル反転信号を取得することが可能であるステップＰ２と、
ＭＶＴ方法によって取得されたレベル反転信号をパルスの識別信号とし、ＲＴＳ方法で、パルスに対してサンプリング及びデジタル積分を行ってパルスのエネルギ情報を求めるように触発するステップＰ３と
を備える。
【００１９】
上記のパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法において、好ましくは、前記ステップＳ３は、具体的に、
データ採集システムが、高い計数率でデータサンプリングを行う際に、パイルアップイベントが発生した場合、前のＭＶＴ触発信号を前のパルスのデジタル積分の開始信号とするステップａと、
二番目のＭＶＴ触発信号が発生する場合、パイルアップパルスにおける前のパルスのパイルアップになっていない部分のパルス立ち下がりエッジを入力パラメータとし、フィッティングエネルギ値クエリ表を検索することで、前のパルスのパイルアップ部分のエネルギ値を取得し、収集されたパイルアップになっていない部分のエネルギ値と合わせて前のパルスのエネルギ値とするステップｂと、
同時に、前のパルスのパイルアップになっていない部分のパルス立ち下がりエッジを入力パラメータとしてフィッティングベースライン値クエリ表を検索することで、前のパルスのパイルアップ発生後のパルス振幅を取得し、且つサンプリング時刻毎に、該パルスの振幅をパルスの立ち下がりエッジの減衰ルールに従って更新するステップｃと、
後のパルスのデジタル積分の過程において、サンプリング時刻毎に、前のパルスの振幅の現在の更新値を差し引くことで、後のパルスの実際の振幅を取得するステップｄと、
後のパルスのデジタル積分の時間内に新たなＭＶＴ触発信号が再び発生すると、後のパルスを前のパルスと見なし、上記の処理方法に従ってイテレートを行うステップｅと
を備える。
【００２０】
上記目的を実現するために、本発明は、以下のような技術案を提供する。
パルスパイルアップイベントのリアルタイム処理のシステムであって、
ＭＶＴ触発信号が来ると、積分触発信号を生成し、前のパルスのサンプリングされた立ち下がりエッジ波形を現在のベースライン値に更新する触発モジュールと、
積分触発信号を受信すると、ＲＴＳサンプリング値からベースライン補正値を差し引いた値を、実際のパルス振幅として積分するデジタル積分モジュールと、
現在のベースライン値と積分済みの時間によって、パルスの未積分部分のエネルギのフィッティング値を与えるフィッティングエネルギ値クエリモジュールと、
現在のベースライン値と積分済みの時間によって、パイルアップに起因して採集されない前のパルスの波形振幅を取得し、後のパルスのベースライン補正値とするフィッティングベースライン値クエリモジュールと
を備える。
【００２１】
上記のパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理のシステムにおいて、好ましくは、前記デジタル積分モジュールは、デジタル積分の周期内に二回目のＭＶＴ触発信号が発生しない場合、パイルアップイベントの発生がないと判断し、デジタル積分の周期が達成される時に出力されたパルスエネルギ値を現在のＭＶＴ触発信号に対応するパルスエネルギ値とする。
【００２２】
上記のパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理のシステムにおいて、好ましくは、前記デジタル積分モジュールは、デジタル積分の周期内に二回目のＭＶＴ触発信号が発生すると、フィッティング情報クエリモジュールにより取得された未積分部分のフィッティングエネルギ値を、二回目のＭＶＴ触発信号が発生する前に積分が済んだ部分のエネルギ値に加えた値を、現在のＭＶＴ触発信号に対応するパルスエネルギ値とする。
【発明の効果】
【００２３】
上記の技術案によれば、本発明は、ＭＶＴ技術に基づくパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法であり、まず、マルチ電圧閾値サンプリング方法を利用して、高い計数率で、パイルアップパルスの識別及びパルス信号処理の触発を達成する。次に、パルスのアプリオリの情報及び採集済のパルス情報を利用して、ルックアップテーブルの方式で、パルスパイルアップに起因するサンプリングが不正確である部分の情報を取得し、パイルアップパルス情報のリアルタイム恢復を達成する。本発明の方法は、シンプルで効率的であり、検出器レベルのリアルタイムデータの採集システムに容易に実現され、低いサンプリングレートの場合にも、パイルアップパルス情報のより良い恢復效果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本発明の実施形態又は従来技術における技術的解決手段をより明確に説明するため、以下、実施例又は従来の技術の説明に使用された図面を簡単に紹介する。なお、下記図面は単に本発明のいくつかの実施形態を示しているもので、当業者が創造的な努力を払うことなく、下記図面に基づいて他の図面を得ることができることを理解されたい。
【図１】図１は、本発明に係るパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法のステップを示す模式図である。
【図２】図２は、本発明に係るパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法のフローチャート図であり、図２（ａ）は、二つのガンマ光子が相次いで検出器ユニットに追い込まれる模式図であり、図２（ｂ）は、シンチレーションパルス電気信号がＭＶＴ方法とＲＴＳ方法でサンプリングされる模式図であり、図２（ｃ）は、パイルアップイベントにおける各パルスの情報を取得するために、ＭＶＴ方法によって取得されたレベル反転信号を、パルスが出現したことを示す触発信号とし、ＲＴＳ方法によって取得された電圧サンプリング点を利用してデジタル積分を行い、パルスのエネルギを求める模式図である。
【図３】図３は、本発明に係るパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法を実現する検出器のブロックを示す模式図である。
【図４】図４は、本発明に係るパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法において、シンチレーションパルスの立ち下がりエッジの減衰時間分布を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下では、当業者が本発明の技術案をよりよく理解できるために、本発明の実施例の図面を参照して、本発明の実施例の技術案を詳細に説明する。なお、説明された実施例は本発明の一部の実施例であり、全部の実施例ではないことは明らかである。本発明の実施例に基づいて、当業者が創造的な努力を払うことなく得ることができる他の全ての実施例は、本発明の保護範囲に属すべきである。
【００２６】
本発明は、マルチ電圧閾値サンプリング（Ｍｕｌｔｉ−ｖｏｌｔａｇｅ  Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ、ＭＶＴと略称する）技術に基づくパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法を提供し、その方法は、シンプルで効率的であり、検出器レベルのリアルタイムデータの採集システムに容易に実現され、低いサンプリングレートの場合にも、パイルアップされたパルス情報のより良い恢復效果を得ることができる。
【００２７】
シンチレーションパルスは、一般的に、一つの急激な立ち上がりエッジと長く続く立ち下がりエッジを有する構成と考えられる。その急激な立ち上がりエッジは、パルスの時間情報を含み、パルス波形全体の振幅変化は、パルスのエネルギ情報を含む。多数のパイルアップイベントには、各パルスの立ち上がりエッジがそのまま存在するので、データ取得システムは、パルス立ち上がりエッジのサンプリングが達成されれば、パルスが出現するかどうか及び相応の時間情報が判断できる。一方、シンチレーションパルスの波形が一定の変化ルールに適合するので、特定の検出器とフロントエンド電子機器に対して、そのパルスの数学モデルは比較的一定であり、取得されたパルスサンプリング点の情報によって、残されているサンプリングされない部分のパルス情報を推算することができる。それにより、ＭＶＴデジタル化方法を利用して急激な立ち上がりエッジをサンプリングしてパルスの有無と到来時刻を識別し、またパルス波形の立ち下がりエッジを部分的にサンプリングして、パルスパイルアップのためにサンプリングが不正確であるパルス波形を恢復することにより、パイルアップパルスの識別と情報恢復を実現する。
【００２８】
図１は、本発明に係るパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法のステップを示す模式図である。図１に示すように、本発明に係るパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法は、
非パイルアップパルスのデジタル波形データベースを取得し、パルスの立ち下がりエッジのデジタル波形のクエリ表を生成してデータ採集システムに記憶するステップＳ１と、
パイルアップを有するパルスのデータ採集を行う時、マルチ電圧閾値サンプリング方法を利用してパイルアップパルスの識別とパルス信号の処理プロセスの触発を達成するステップＳ２と、
パルス信号の処理プロセス中に、採集されたパイルアップになっていない部分のパルス情報を利用してデジタル波形表を検索することで、パルスパイルアップに起因するサンプリングが不正確である部分の情報を取得し、パイルアップパルスのリアルタイム処理を達成するステップＳ３と
を備える。
【００２９】
本発明は、ＭＶＴ方法を採用してパイルアップパルスの識別を行う。ＭＶＴ方法は、シンチレーションパルスの立ち上がりエッジのサンプリングを、低コスト、高性能で実現し、パルスパイルアップにおけるパルスのリアルタイム識別に適用される。また、その方法は、位置感知型の検出器に発生した複数のシンチレーションパルス矩形信号の処理のために、同じガンマ光子に対して同期する触発信号を提供し、位置情報の取得精度を向上させる。
【００３０】
本発明は、クエリ表に基づくパイルアップパルス情報のリアルタイム処理に係るものである。パルスのアプリオリ情報によって、可能性がある未積分部分のエネルギ値と振幅変化を事前に取得してクエリ表に記入し、リアルタイムデータが採集される際に、パルスのサンプリング済みの部分の情報によって、クエリ表を検索し、パイルアップパルスにおける前のパルスのサンプリングが不正確である部分のエネルギ情報と、パルスパイルアップ発生後の１つ後のパルスのサンプリング波形に対する前のパルスのエネルギ貢献とを取得する。
【００３１】
前記ステップＳ１は、
パイルアップパルスがない場合、マルチ電圧閾値サンプリング方法で、正常なパルスの触発信号を採集するステップＰ１と、
触発後に、定期的な時間サンプリング（Ｒｅｇｕｌａｒ−ｔｉｍｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ、ＲＴＳと略称する）方法で、パルス波形をサンプリングし、シンチレーションパルスのデジタル波形を取得するステップＰ２と、
シンチレーションパルスのデジタル波形のデータベースから、各シンチレーションパルスの立ち下がりエッジの振幅の変化状況を抽出し、対応するフィッティングベースライン値クエリ表及びフィッティングエネルギ値クエリ表を生成するステップＰ３と、
上記の表をデータ採集システムに記憶するステップＰ４と
を備える。
【００３２】
前記ステップＳ２は、
データ採集システムが、高い計数率でシンチレーションパルスの電気信号を採集し、シンチレーションパルスが一定の持続時間を有して出現時間が固定ではないので、距離が近い二つ又は複数のシンチレーションパルスがパルスパイルアップを発生するステップＰ１と、
シンチレーションパルスの電気信号がそれぞれＭＶＴ方法でサンプリングされ、ＭＶＴ方法により、複数の電圧閾値とシンチレーションパルス波形の急激な立ち上がりエッジの電圧とを比較して、当該パルスがパイルアップパルスであるかどうかに関わらず、その立ち上がりエッジにおいてレベル反転信号を取得することが可能であるステップＰ２と、
ＭＶＴ方法によって取得されたレベル反転信号をパルスの識別信号とし、ＲＴＳ方法で、パルスに対してサンプリング及びデジタル積分を行ってパルスのエネルギ情報を求めるように触発するステップＰ３と
を備える。
【００３３】
前記ステップＳ３は、具体的に、
データ採集システムが、高い計数率でデータサンプリングを行う際に、パイルアップイベントが発生した場合、前のＭＶＴ触発信号を前のパルスのデジタル積分の開始信号とするステップａと、
二番目のＭＶＴ触発信号が発生すると、パイルアップパルスにおける前のパルスのパイルアップになっていない部分のパルス立ち下がりエッジを入力パラメータとし、フィッティングエネルギ値クエリ表を検索することで前のパルスのパイルアップ部分のエネルギ値を取得し、採集されたパイルアップになっていない部分のエネルギ値と合わせた値を前のパルスのエネルギ値とするステップｂと、
同時に、前のパルスのパイルアップになっていない部分のパルス立ち下がりエッジを入力パラメータとしてフィッティングベースライン値クエリ表を検索することで、前のパルスのパイルアップ発生後のパルス振幅を取得し、且つサンプリング時刻毎に、そのパルスの振幅をパルスの立ち下がりエッジの減衰ルールに従って更新するステップｃと、
後のパルスのデジタル積分の過程において、サンプリング時刻毎に、前のパルスの振幅の現在の更新値を差し引くことで、後のパルスの実際の振幅を取得するステップｄと、
後のパルスのデジタル積分の時間内に新たなＭＶＴ触発信号が再び発生すると、後のパルスを前のパルスと見なし、上記の処理方法に従ってイテレートを行うステップｅと
を備える。
【００３４】
図２を参照して具体的に本発明を説明する。図２は、本発明に係るパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理の方法のフローチャート図である。パイルアップイベントの発生及び処理のフローチャートについて、以下、説明する。
【００３５】
図２（ａ）に示すように、二つのガンマ光子２００が、短い時間間隔で相次いで検出器ユニット１００に追い込まれる。
【００３６】
図２（ｂ）に示すように、検出器が、ガンマ光子をシンチレーションパルスの電気信号に変換し、シンチレーションパルスが一定の持続時間を有するので、距離が近い二つのシンチレーションパルスがパルスパイルアップを発生する。シンチレーションパルス電気信号がそれぞれＭＶＴ方法とＲＴＳ方法でサンプリングされる。ＭＶＴ方法により、電圧閾値とパルス波形の急激な立ち上がりエッジの電圧とを比較して、レベル反転信号を取得する。ＲＴＳ方法により、固定された時間間隔で、パルスに対して連続的に電圧のサンプリングを行う。
【００３７】
図２（ｃ）に示すように、パイルアップイベントにおける各パルスの情報を取得するために、ＭＶＴ方法によって取得されたレベル反転信号を、パルスが出現したことを示す触発信号とし、ＲＴＳ方法によって取得された電圧サンプリング点に対してデジタル積分を行い、パルスのエネルギを求める。以下、具体的に説明する。
【００３８】
ａ．データ採集システムは、低い計数率で非パイルアップパルスのデジタル波形のデータベースを取得し、パルス立ち下がりエッジのフィッティングベースライン値クエリ表とフィッティングエネルギ値クエリ表を生成して記憶する。
【００３９】
ｂ．データ採集システムは、高い計数率でデータサンプリングを行う際に、パイルアップイベントが発生した場合、前のＭＶＴ触発信号を前のパルスのデジタル積分の開始信号とする。
【００４０】
ｃ．二番目のＭＶＴ触発信号が発生すると、パイルアップパルスにおける前のパルスのパイルアップになっていない部分のパルス立ち下がりエッジを入力パラメータとし、フィッティングエネルギ値クエリ表を検索することで、前のパルスのパイルアップ部分のエネルギ値を取得し、かつ採集されたパイルアップになっていない部分のエネルギ値と合わせた値を前のパルスのエネルギ値とする。
【００４１】
ｄ．同時に、前のパルスの未パイルアップ部分のパルス立ち下がりエッジを入力パラメータとしてフィッティングベースライン値クエリ表を検索することで、前のパルスのパイルアップ発生後のパルス振幅を取得し、且つサンプリング時刻毎に、そのパルス振幅をパルス立ち下がりエッジの減衰ルールに従って更新する。
【００４２】
ｅ．後のパルスのデジタル積分の過程において、サンプリング時刻毎に、前のパルスの振幅の現在の更新値を差し引くことで、後のパルスの実際の振幅を取得する。
【００４３】
ｆ．後のパルスのデジタル積分の時間内に新たなＭＶＴ触発信号が再び発生すると、後のパルスを前のパルスと見なし、上記の処理方法に従ってイテレートを行う。
【００４４】
本発明に係る方法を検出器に実行させた例を、図３に示す。つまり、本発明に係るパルスパイルアップイベントのリアルタイム処理のシステムは、
ＭＶＴ触発信号が来ると、積分触発信号を発生し、前のパルスのサンプリング済みの情報を更新するように触発する触発モジュールと、
積分触発信号受信すると、ＲＴＳサンプリング値から、ベースライン補正値を差し引いた値を、実際のパルス振幅として積分し、デジタル積分周期内に二回目のＭＶＴ触発信号が発生していない場合、パイルアップイベントが発生しないと見なして、デジタル積分周期終了時に出力されたパルスエネルギ値を、現在のＭＶＴ触発信号に対応するパルスエネルギ値とし、デジタル積分周期内に二回目のＭＶＴ触発信号が発生した場合、フィッティング情報クエリモジュールにより得られた未積分部分のフィッティングエネルギ値を、二回目のＭＶＴ触発信号が発生する前の積分済みの部分のエネルギ値に加えた値を、現在のＭＶＴ触発信号に対応するパルスエネルギ値とするデジタル積分モジュールと、
現在のベースライン値と積分済みの時間によって、パルスの未積分部分のエネルギのフィッティング値を与えるフィッティングエネルギ値クエリモジュールと、
現在のベースライン値と積分済みの時間によって、パイルアップに起因して採集されない前のパルスの波形振幅を取得し、後のパルスのベースライン補正値とするフィッティングベースライン値クエリモジュールと
を備える。
【００４５】
シンチレーションパルスの波形が一定の変化ルールに適合するので、特定の検出器とフロントエンド電子機器に対して、そのパルスの数学モデルは比較的一定である。図４に示すように、シンチレーションパルスの立ち下がりエッジのデジタル波形のサンプリング点に対して、指数関数的に減衰してフィッティングした後、その減衰定数の分布は、一つの特定値の周りに集中する。従って、事前に、シンチレーションパルスの立ち下がりエッジの可能性がある全てのサンプリング点と振幅に基づいて、立ち下がりエッジの指数関数的な減衰方程式によって、対応する残りのサンプリングされていない点の振幅及びエネルギの合計を算出し、それぞれフィッティングベースライン値クエリモジュールとフィッティングエネルギ値クエリモジュールに書き込む。実際のデータ採集の過程において、サンプリング点及び振幅をアドレスとして上記のクエリ表に入力すれば、サンプリングされていないパルスの振幅変化とエネルギ情報を、リアルタイムに取得できる。
【００４６】
先行技術と比較して、本発明は、以下の利点がある。
【００４７】
１、ＭＶＴデジタル化方法は、検出器から出力されたシンチレーションパルスの立ち上がりエッジに対して、迅速で正確なサンプリングを行い、パイルアップパルスにおける各パルスの発生時刻をリアルタイムに区別することができる。
【００４８】
２、ＭＶＴデジタル化方法を位置感知型の検出器のパルスパイルアップ処理に適用した場合、ガンマ光子によって発生するシンチレーションパルス信号全体をサンプリングし、全体の信号からそれぞれ発生した複数の位置信号のサンプリング及び処理の同期を実現し、各位置信号間の比率を正確に求めて位置情報を取得することに有利である。
【００４９】
３、特定の検出器とフロントエンド電子機器に対するシンチレーションパルスのモデルによって、可能性があるシンチレーションパルスの未積分部分のエネルギ値と振幅変化が事前に決定され、クエリ表の形式で検出器のハードウェアに記憶されたので、実際のデータのサンプリングでは、サンプリング済みのパルス情報に基づいてクエリ表を検索して対応する結果を速やかに取得でき、複雑なパルスフィッティング方程式による算出を行う必要がない、リアルタイムでハイスループットなパイルアップパルス情報の処理を実現する。
【００５０】
４、連続して到来した二つ以上のパイルアップパルスのイテレートの処理を実現する。且つパルスパイルアップの有無に関わらず、パルスが到来した時毎にベースラインの補正値を更新するので、二つのパルスの時間間隔が積分の周期より大きくて前のパルスの立ち下がりエッジの振幅が後続のパルス情報を求めることに影響を与えるという状況に対して処理することができる。
【００５１】
本発明に係る方法とシステムにおいて、ＰＥＴ検出器に使用されるシンチレーション結晶は、シンチレーション結晶ケイ酸イットリウムルテチウム（ＬＹＳＯと略称する）、結晶ゲルマニウム酸ビスマス（ＢＧＯと略称する）、シンチレーション結晶ケイ酸ガドリニウム（ＧＳＯと略称する）などのガンマ光子を可視光光子に変換できるデバイスの何れかである。ＰＥＴ検出器に使用される光電検出デバイスは、ＰＭＴ、シリコン光電子増倍器（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ、ＳｉＰＭと略称する）などの可視光信号をシンチレーションパルス電気信号に変換できるデバイスの何れかである。パルスエネルギ情報の取得方法は、ＡＤＣなどのＲＴＳタイプのサンプリング方法であってもよいし、ＭＶＴ、閾値時間超越サンプリング方法（Ｔｉｍｅ  Ｏｖｅｒ  Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ、ＴＯＴと略称する）などの電圧ドメインのサンプリング方法であってもよい。サンプリング済みの部分のパルス情報によってサンプリングされていない部分のエネルギ値と振幅変化を取得する方法には、パルス立ち下がりエッジの指数フィッティング、パルスパーティション積分値の割合などの方法を採用することができる。
【００５２】
上記は、本発明の好適な実施例を単に説明するものであり、それに限定されるものではない。なお、当業者にとって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で種々の変形や改善が可能であり、これらは本発明の保護範囲に属するものであると理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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