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醫學成像中的時脈分發

上網時間: 2011年06月04日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:醫學成像  時脈  醫療影像  PET  CAT 

作者:美國國家半導體Richard F Zarr

對於改善醫療保健環境的需求永無止境,因此需要具有更高解析度的醫療影像設備,以便更好地觀測人體情況。高解析度帶來了訊號採集和傳送的問題。基於上述需求,需要穩定的低抖動時脈去改善訊號採集精度,改善訊號在系統內的傳輸。本文中,我們將討論大型成像設備的時脈分發系統,而這對設計工程師們而言是一大挑戰。

1970年代中後期,X-射線電腦化軸向測試(CAT)掃描就已經出現在醫學界了。電腦處理能力和資訊採集時間的改善大大提高了設備的掃描速度,資訊內容以及影像的清晰度。今天,我們的掃描器把正電子放射成象技術(PET)與核磁共振成像技術(MRI)或X-射線電腦斷層掃描技術結合在一起,提供了更好的資訊記錄方式與更出色的畫面品質,此即雙模式掃描,是當下最新的設計之一。


圖1:PET探測環。

時脈,雜訊與影像解析度

特別的是,PET掃描器需要放射性核素跟蹤劑,當這些放射性核素衰變時就會產生正電子。當正電子失去勢能,它們就會透過不同方式與電子結合在一起,透過這種結合,將產生幾乎朝向完全相反方向發射的511KeV的伽馬射線。為了記錄在它們穿過病人身體時,兩個伽馬射線光子的回應線或弦,需要用到一個探測環。探測環的直徑必須能容納病人身體通過,大約需要一米,探測環上具有500到1000條通道。探測器則必須能把從正電子到電子覆滅過程所產生的兩條伽瑪射線事件關聯到的一個響應線上,而不能作為隨機事件。另外,這些通道必須準確測量出伽馬射線的能量,以此探測出康普頓散射引發的誤差,康普頓散射會導致發射源位置出錯。要達到以上目的有幾種辦法,但均需要精確的時脈訊號配合檢測視窗。

產生一個精確且穩定的高頻時脈非常容易,但如何在直徑很大的探測環內分佈時脈訊號則是一大挑戰,因為快速的時脈脈衝邊沿會因傳輸媒介而有所損耗。一些探測器借助光纖將閃爍晶體的輸出傳遞至具有光電子元元件(PMT或者APD)的通道板上。這樣的佈局令探測電子裝置的距離變小,但時脈脈衝分佈依然會受到通道上的損傷、偏移、振動以及其它退化問題的影響,這些最終會影響影像的雜訊,及需要達到的解析度。


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