《基於動態閾值TOT的多通道核脈衝讀出新方法研究》是依託中國科學技術大學，由王永綱擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於動態閾值TOT的多通道核脈衝讀出新方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王永綱
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
多通道探測器核信號並行讀出和數位化新方法的研究，除科學研究意義外，還是核輻射成像、射線安全監測等套用領域基礎研發的迫切需要。本項目提出一種基於動態閾值TOT的脈衝幅度讀出新方法，將脈衝幅度最大值轉化為超過動態閾值的時間寬度信息，由時間測量實現脈衝幅度數位化。動態TOT技術克服了現有固定閾值TOT思想的嚴重缺陷，具有線性度好、動態範圍大、對噪聲干擾敏感度低，信噪比高等優點。動態TOT方法前端電路簡單，結合基於FPGA技術的TDC可以實現低成本的高集成度，能夠滿足中低能量分辨的多通道探測器的系統要求。本項目通過理論分析、仿真驗證和實驗測試等手段，研究實現動態閾值的關鍵電路、實現與TDC技術的有機結合、分析各參數對系統性能的影響，實現最最佳化設計和儘可能高的集成度。本項目研發的原理樣機和我們的基於神經網路定位的PET探測器結合，通過性能測試並與原有讀出系統做比較，進一步說明本方法的先進與優越。
結題摘要
輻射成像技術和半導體像素探測器的快速發展，迫切需要高集成度和高性能的多通道核信號並行讀出和數位化新技術。近年來廣泛研究的過閾時間（TOT）核信號幅度數位化技術雖然具有高集成度，但測量性能較差。本課題提出的一種動態閾值過閾時間（TODT）數位化方法能夠克服TOT技術的主要缺點，具有線性度好、動態範圍大、對噪聲干擾敏感度低、信噪比高等優點，同時可以實現高集成度。本課題的研究內容主要是TODT方法的理論研究，關鍵技術研究，以及原理樣機的設計和實現。 本課題圓滿完成了課題任務計畫書的各項研究內容：從理論上分析和證明了TODT方法能夠克服TOT技術的固有缺陷，可以實現高性能的核信號數位化，同時具有和TOT一樣的高集成度；研究了動態閾值產生的理論，給出三種可以實際套用的動態閾值產生電路並實驗測試驗證；為了在單片FPGA上實現多通道的時間測量（TDC），我們在目前基於FPGA的TDC設計技術的基礎上，研究使用多相位時鐘資源實現高性能TDC，不僅可以達到現有TDC的性能指標，還可以在單片FPGA上實現多通道設計；綜合套用各部分關鍵技術，針對基於連續晶體PET探測器數據獲取系統（DAQ）的需要，我們設計實現了64通道的核信號讀出和數位化系統，儘管該系統目前是基於分離商用器件實現，其體積已經小到可以附加在探測器的基座上，實驗測試表明，該系統的測量性能好於基於12bitADC（模擬數字變換器）波形數位化技術的DAQ系統。TODT新方法具有很好的套用前景。此外，在本課題的資助下，我們還繼續開展原有的基於連續晶體PET探測器的高性能定位算法研究，也取得很好的研究成果。 到目前為止，本課題研究內容在IEEE NSS-MIC和IEEE I2MTC國際大會上發表論文共6篇，在IEEE Transactions on Nuclear Science期刊上發表論文2篇，在Physics in Medicine and Biology期刊上發表論文1篇，獲得國家發明專利1項，並提出PCT國際專利申請1項（包括美國、日本和歐盟三個國家和地區）。
