基于CMOS技术的多通道TOF-PET脉冲时间信息数字化单芯片系统研究

基本信息
批准号:61471245
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:李琰
学科分类:
依托单位:深圳大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王百鸣,俞航,曾启明,周家锐,刘少华,李刚,周乾江,邵伟,刘升辉
关键词:
皮秒级精确触发时间精确数字化多阈值电压法系统集成TOFPET成像
结项摘要

CMOS based pulse digital processing is the most feasible solution for all digital TOF-PET imaging system. High-speed precise digitization of timing information is the key aspect to improve image quality. Considering the rising/fading edge of the scintillation pulses is in the range of nano-second, traditional complex digitization methods involving pulse shaping and ADC sampling limit the timing and reduce image quality. Based on accurate acquisition of timing information, Multi-threshold voltage (MVT) method employs a simple, non-ADC architecture, which directly extracts timing and energy information of the scintillation-pulses with very high resolution. This project will focus on CMOS based MVT solutions for the direct-digitization of the timing information of the TOF-PET pulses. Pico-second accuracy trigger method, high resolution timing information digitization and system offset self-calibration will be studied in detail. This project will also explore the scheme for constructing a high timing resolution integrated system of TOF-PET scintillation-pulse digital processing. Research findings can serve as the basis to realize a very large scale multichannel TOF-PET pulses digital processing system. It can not only further improve the image quality of TOF-PET system, but also contributes to the developing of PET medical imageology in biological science and clinical studies.

基于CMOS技术的脉冲数字处理系统是全数字TOF- PET最有潜力的方案。精确获取脉冲时间信息是提高成像质量的关键。闪烁脉冲上升/衰减时间仅为纳秒量级,先整形再经ADC的处理方式结构复杂,限制了皮秒量级时间信息的精确获取,制约了成像质量。 基于精确测量脉冲时间信息的多电压阈值法(MVT)不使用ADC,系统架构大幅简化,直接处理脉冲就可获得优异的时间和能量信息。本项目研究基于CMOS技术采用MVT方法精确获取TOF-PET脉冲时间信息的方案,解决其中皮秒级精确触发、时间信息高分辨率数字化及系统自校准等关键问题,探索基于CMOS技术实现多通道TOF-PET脉冲时间信息数字化单芯片系统的方案。 研究成果可以为实现多通道TOF-PET脉冲大规模集成全数字处理系统奠定方法和技术基础,进一步提高TOF-PET的成像分辨率,推动生命科学和临床医学中PET成像技术的发展。

项目摘要

精确获取闪烁脉冲时间信息是全数字TOF- PET提高成像质量的关键。闪烁脉冲上升/衰减时间仅为纳秒量级,先整形再经ADC数字化的方案会造成脉冲时间信息丢失,限制了皮秒量级时间信息的精确获取,降低了成像质量。本项目研究基于CMOS技术采用多电压阈值精确获取TOF-PET脉冲时间信息的方法,探索基于CMOS技术设计多通道TOF-PET脉冲时间信息精确数字化芯片的方案。.. 本项目深入研究了闪烁脉冲皮秒级精确触发、高精度数字化时间信息测量和系统自校准等关键问题,设计了宽频高速数字比较器,解决了随机高速闪烁脉冲的高精度捕获问题,构造了自校准两级DLL精确测时系统,掌握了基于CMOS直接数字化闪烁脉冲的核心技术。结合比较器和精确测试系统,设计了多通道高精度TOF-PET时间信息数字化芯片并成功流片,时间分辨率优于30 ps,为多通道TOF-PET脉冲大规模集成全数字处理系统奠定了设计方法和核心硬件基础。.. 通过本项目的工作发表论文15篇,申请中国发明专利6项,获得中国发明专利授权2项,获得集成电路布图设计登记证书7项。本项目的工作是全数字TOF-PET成像系统的核心共性技术,为进一步提高TOF-PET的成像分辨率和推动PET成像技术的发展奠定了坚实的基础

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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