第45卷第5期原子能科学技术Vol.45,No.52011年5月AtomicEnergyScienceandTechnologyMay2011正电子发射断层成像系统中数字化多通道时间数字转换研究王培林1,2,3,李道武1,2,丰宝桐1,2,帅磊1,2,孙芸华1,2,胡婷婷1,2,魏书军1,2,黄先超1,2,廖燕飞1,2,柴培1,2,贠明凯1,2,章志明1,2,魏龙1,2(1.中国科学院高能物理研究所核分析技术重点实验室,北京100049;2.北京市射线成像技术与装备工程技术研究中心,北京100049;3.中国科学院研究生院,北京100049摘要:利用现场可编程门阵列(FPGA内部延迟链,对正电子发射断层成像(PET系统中高精度时间数字转换(TDC进行研究。采用粗时间和精细时间相结合的方式测量时间,粗时间利用时钟计数器实现,精细时间利用FPGA延迟链实现。测试时间测量的微分非线性和积分非线性,并在双探头PET实验平台上通过时间符合,对系统总体时间分辨进行测试。实验结果表明,TDC时间分辨达79.3ps,微分非线性为-0.2LSB/0.2LSB,积分非线性为-0.2LSB/0.3LSB,双探头PET实验系统总体时间分辨达2.1ns,可满足PET系统对时间测量的要求。关键词:正电子发射断层成像;时间数字转换;FPGA中图分类号:TN709文献标志码:A文章编号:1000-6931(201105-0637-04Multi-channelDigitizedTime-to-DigitalConverterofPositronEmissionTomographySystemWANGPei-lin1,2,3,LIDao-wu1,2,FENGBao-tong1,2,SHUAILei1,2,SUNYun-hua1,2,HUTing-ting1,2,WEIShu-jun1,2,HUANGXian-chao1,2,LIAOYan-fei1,2,CHAIPei1,2,YUNMing-kai1,2,ZHANGZhi-ming1,2,WEILong1,2(1.KeyLaboratoryofNuclearAnalysisTechniques,InstituteofHighEnergyPhysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China;2.BeijingEngineeringResearchCenterofRadiographicTechniquesandEquipment,Beijing100049,China;3.GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,ChinaAbstract:Highprecisiontime-to-digitalconverter(TDCinpositronemissiontomo-graphy(PETsystemwasstudiedwiththedelaychainsinfield-programmable-gate-array(FPGA.Timemeasurementincludestwoparts,coarsetimemeasurementimplementedbyaclock-drivencounter,finetimemeasurementbydelaychainsinFPGA.Differentialnonlinearity(DNLandintegralnonlinearity(INLweretested,收稿日期:2011-01-10;修回日期:2011-02-15基金项目:国家自然科学基金资助项目(10905066;中国科学院知识创新工程重要方向项目资助(KJCX2-EW-N06作者简介:王培林(1984—,男,四川阆中人,博士研究生,物理学专业andalso,totaltimeresolutionofthedouble-detectorPETexperimentalplatformwasmeasuredbytimecoincidence.TheresultsdemonstratethatthetimeresolutionofTDCreaches79.3ps,andtheDNLisbetween-0.2LSBand0.2LSB,theINLisbetween-0.2LSBand0.3LSB,thetotaltimeresolutionofthedouble-detectorPETexperi-mentalplatformreaches2.1ns.PerformanceoftheTDC,implementedinFPGA,canmeetthedemandoftimemeasurementinPETsystem.Keywords:positronemissiontomography;time-to-digitalconverter;field-programmable-gate-array正电子发射断层成像(PET是一先进的核医学成像技术[1-2],其成像过程是:将带有正电子放射性核素的药物注入生物体内,正电子与生物体内的电子发生湮灭反应产生一对反向的γ光子,这对光子被环绕着被测对象的探测器以符合计数的方式记录并存储下来,再通过图像重建得到放射性药物在生物体内的分布图像。PET并不直接探测正电子,而是通过对湮灭光子对的探测来获取正电子核素的位置信息,对光子到达的时间进行测量和判选,选择出同一湮灭事例的两个光子,即通过符合探测技术进行成像。由此可见,精确时间测量技术在PET中具有非常重要的作用。高精度时间数字转换(TDC主要有ASIC、专用TDC芯片和现场可编程门阵列(FPGA等几种实现方式[3-4]。由于研发成本和研发周期等原因,使得基于ASIC实现TDC的方案受到很大限制,而专用TDC芯片也存在使用不便和集成度低等问题。利用FPGA进行时间测量是一较新的时间测量方法,在满足时间测量要求的同时,还可将时间测量逻辑和FPGA内部其它信号处理逻辑无缝连接,...