本文選題：PET　切入點(diǎn)：光電探測(cè)器　出處：《成都理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：PET是一種使用放射性核素標(biāo)記分子間的相互作用的體內(nèi)分子成像技術(shù),在當(dāng)今的醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域,逐漸成為最尖端的成像技術(shù)。光電探測(cè)器是用于探測(cè)入射光子的硬件設(shè)備,是PET成像系統(tǒng)的核心,它的工作原理是入射光子落入閃爍晶體并發(fā)生正電子湮滅,將反應(yīng)過程中入射光子損失的能量轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再由成像系統(tǒng)的其它部件對(duì)電信號(hào)進(jìn)行成形、濾波、放大等處理,最終得到發(fā)生正電子湮滅的的能量、時(shí)間等信息。作為一個(gè)由雪崩二極管組成的半導(dǎo)體器件,SiPM探測(cè)器對(duì)溫度和偏置高壓都很敏感。SiPM探測(cè)器增益正比于偏置高壓與反向擊穿電壓的差值,反向擊穿電壓又受到溫度的影響,在光電轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)中,溫度漂移會(huì)導(dǎo)致反向擊穿電壓的改變,進(jìn)而使得探測(cè)器的增益發(fā)生改變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,溫度變化反向擊穿電壓有一個(gè)28mV/℃的溫度系數(shù),意味著溫度改變了10℃,反向擊穿電壓改變了大約0.28V,相比較于幾伏的過電壓,這是一個(gè)很大的畸變。光電探測(cè)器的溫度特性不但會(huì)影響到探測(cè)器其他的物理性能比如時(shí)間分辨率,而且是計(jì)算機(jī)重建PET圖像實(shí)驗(yàn)條件一致性的前提。因此溫度補(bǔ)償系統(tǒng)成為了國內(nèi)外PET研究的重點(diǎn)之一,早在2000年就有國外學(xué)者行了SiPM的溫度特性研究,近幾年很多關(guān)于SiPM的溫度補(bǔ)償系統(tǒng)相繼被提出。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn),一方面,很多溫度補(bǔ)償方案來自于國外,國內(nèi)的相關(guān)研究案例很少;另一方面,很多的方案都已不適應(yīng)當(dāng)前的PET應(yīng)用需求,所以本文提出了一種應(yīng)用于SiPM的溫度自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)。本文基于光電探測(cè)器SiPM的增益正比于反向偏置高壓與反向擊穿電壓的差值的原理,提出一種通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)探測(cè)器反向偏置高壓來補(bǔ)償溫度變化導(dǎo)致的增益變化的方案。本文對(duì)國內(nèi)外的幾種經(jīng)典的探測(cè)器溫度補(bǔ)償系統(tǒng)或者應(yīng)用進(jìn)行了研究探討,基于各自的研究場(chǎng)合討論了各自的創(chuàng)新點(diǎn)和缺點(diǎn),其創(chuàng)新點(diǎn)將作為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),但是也有一些不足,例如沒能在溫度補(bǔ)償系統(tǒng)中加入微控制器,不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的溫度補(bǔ)償功能�；蛘咧粦�(yīng)用于集成的MPPC光電轉(zhuǎn)換模塊,系統(tǒng)微型化但是價(jià)格昂貴。其缺點(diǎn)將作為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的切入點(diǎn),以期在現(xiàn)有的研究成果上展開更深入或者全面的研究。本文基于電子學(xué)設(shè)計(jì)了溫度補(bǔ)償系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊,實(shí)現(xiàn)探測(cè)器溫度的測(cè)量、計(jì)算得到補(bǔ)償當(dāng)前溫度的反向偏置高壓、控制探測(cè)器的高壓供電模塊的輸出電壓、上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前探測(cè)器溫度的功能,軟件設(shè)計(jì)方面,采用C高級(jí)語言分別開發(fā)了主控程序、溫度采集程序、高壓控制程序和串口通信程序;采用Matlab語言設(shè)計(jì)了SiPM器件光電峰位計(jì)算程序;最后設(shè)計(jì)了系統(tǒng)功能驗(yàn)證的環(huán)節(jié),用于驗(yàn)證系統(tǒng)的有效性和實(shí)用性。本文設(shè)計(jì)搭建了SiPM探測(cè)器增益特性試驗(yàn)系統(tǒng),分別得出探測(cè)器的增益和溫度、增益和反向偏置高壓的關(guān)系模型,這些關(guān)系模型將作為溫度補(bǔ)償?shù)囊罁?jù)。為了驗(yàn)證本系統(tǒng)的功能有效性和優(yōu)越性,分別設(shè)計(jì)了兩種實(shí)驗(yàn),第一種是不連續(xù)采集驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,不加入溫補(bǔ)系統(tǒng)情形,在溫度改變5℃的情況下增益產(chǎn)生41.8%,在加入溫補(bǔ)系統(tǒng)后,這一改變幅度被減小到3%。在溫度改變10℃的情形,增益改變幅度為96%,再加入溫補(bǔ)系統(tǒng)后這一幅度為7.8%。第二種驗(yàn)證的方式為連續(xù)采集驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,由于溫度漂移影響,增益發(fā)生改變,能譜圖的光電峰位發(fā)生位移,使得最終的累積能量分布曲線發(fā)生了畸變,光電峰位發(fā)生9.3%的位移。在加入溫度補(bǔ)償系統(tǒng)后,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,增益的改變被彌補(bǔ),累積能量分布曲線與標(biāo)準(zhǔn)的曲線相比較,幾乎沒發(fā)生畸變,光電峰位的位移幅度為0.47%。兩種采集驗(yàn)證的結(jié)果有力的說明了溫度補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)溫度漂移的補(bǔ)償作用,達(dá)到了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的功能。本文的研究?jī)?nèi)容包括PET成像系統(tǒng)的原理、SiPM探測(cè)器的物理性能、系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和全面的功能驗(yàn)證,是一個(gè)完整的研究與設(shè)計(jì)方案,對(duì)后續(xù)的相關(guān)研究有著重要的參考價(jià)值。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN36

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 戴澤;全林;程曉磊;張艷;王鯤鵬;;硅光電倍增探測(cè)器溫度特性分析與實(shí)驗(yàn)[J];飛行器測(cè)控學(xué)報(bào);2015年03期

2 袁俊;吳廣國;張國青;梁琨;楊茹;韓德俊;;SPAD單光子探測(cè)器SPICE電路模型的建立與仿真研究[J];核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù);2009年01期

3 容丹輝;;PET設(shè)備原理、特點(diǎn)及技術(shù)進(jìn)展[J];醫(yī)療裝備;2007年08期

4 王亞麗;;PET核醫(yī)學(xué)成像原理分析[J];科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì);2007年18期

5 李立偉;PET/CT技術(shù)與綜合影像診斷[J];中華核醫(yī)學(xué)雜志;2003年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 杜W歐，

本文編號(hào)：1703410