高分解能PETシステムの開発

开发高分辨率PET系统

基本信息

批准号：
08J10679
负责人：
島添健次
金额：
$ 0.77万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J10679/
关键词：
PET ASIC LSI ToT dynamic ToT APD TOT パルストレイン

项目摘要

高分解能のPETシステムの実現にはピクセル化された検出器からの個別信号読み出しが必須であるが、従来から用いられてきた波高値を計測する方式では回路規模の大きいADC(Analog to Digital Converter)を使用する必要があり、、その変換速度や消費電力の高さから各チャネル並列にエネルギー計測を行うことは難しく、計数率や分解能の劣化が起こっていた。本研究においては新しく時間幅計測に基づくエネルギー計測システムを考案した。時間幅による計測においてはToT(Time over Threshold)が存在するが本方式は直線性が良くないために補助的にしか使われてこなかった。本研究においてはこのToT方式を応用したdynamic ToT方式の提案、原理検証実験をおこない、またマルチチャネルのToTをベースとしたASIC(Application Specific Integrated Circuit)の試作を行った。本dynamic ToT方式は従来は固定の閾値を用いて入力信号が閾値を越えた時間を計測したものを閾値を動的に変化させることで直線性の改善と計数率の改善を行うものである。本dynamic ToT方式に基づいた回路を試作し直線性の評価を行った。評価によればINLは4%程度まで改善され、PETを含めた放射線検出器用の信号処理回路として十分利用可能であることが確認された。dynamic ToT方式を用いることで1チャネルに対して1 lineでのエネルギー計測が可能でありこれによりマルチピクセルが必要な高分解能のPETシステムの実現が可能となることが示された。また48チャネルのToT回路を搭載したASICの開発を行い、一部のチャネルを除いて正常な動作を確認した。本研究により低消費電力でエネルギー分解が可能な計測システムが構築可能であることがしめされた。

要实现高分辨率 PET 系统，必须从像素化探测器中读出各个信号，但测量峰值的传统方法需要大型 ADC（模数转换器）电路，但由于其转换速度有限。而且功耗高，很难对每个通道并行进行能量测量，导致计数率和分辨率下降。在本研究中，我们设计了一种基于时间宽度测量的新型能量测量系统。虽然基于时间宽度的测量中存在ToT（Time over Threshold），但由于线性度较差，该方法仅作为辅助方法。在本研究中，我们提出了一种应用该ToT方法的动态ToT方法，进行了原理验证实验，并原型制作了多通道基于ToT的ASIC（专用集成电路）。这种动态ToT方法通常使用固定阈值来测量输入信号超过阈值的时间，然后动态改变阈值以提高线性度和计数率。我们基于这种动态 ToT 方法制作了电路原型并评估了其线性度。根据评估，INL提高至4%左右，确认可以完全用作包括PET在内的放射线探测器的信号处理电路。结果表明，通过使用动态ToT方法，可以测量一个通道的一条线的能量，这使得实现需要多个像素的高分辨率PET系统成为可能。我们还开发了配备48通道ToT电路的ASIC，并确认除某些通道外正常运行。这项研究表明，构建一个能够以低功耗进行能量分解的测量系统是可能的。