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申请/专利权人：明峰医疗系统股份有限公司

摘要：本发明提供了一种基于SiPM探测系统的增益控制方法和装置，涉及及医学影像设备技术领域，所述方法包括采集探测系统的本底计数；获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布；计算出所有探测器模块的本底计数率；计算当前本底计数率与目标本底计数率的偏差量；对比偏差量，获取无级变速目标控制量；发送无极变速目标控制量指令。所述装置包括依次相连的数据采集模块、数据处理与分析模块、FPGA模块、以及带有无级变速控制模块的冷却系统；所述冷却系统和数据采集模块分布于所述探测器系统中。本发明能实现对SiPM探测器模块温度的均匀有效的控制，使SiPM增益保持稳定并，最终实现PET图像质量及性能指标的提升。

主权项：1.一种基于SiPM探测系统的增益控制方法，包括以下：采集探测系统的本底计数；获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布；计算出所有探测器模块的当前本底计数率；计算当前本底计数率与目标本底计数率的本底计数率偏差量；对比本底计数率偏差量，获取无级变速目标控制量；发送无级变速目标控制量指令，所述指令用于对冷却系统的调速。

全文数据：一种基于SiPM探测系统的增益控制方法及装置技术领域本发明涉及医学影像设备技术领域，尤其涉及一种基于SiPM探测系统的增益控制方法及装置。背景技术正电子发射计算机断层显像PositronEmissionComputedTomography，简称PET是目前最先进的医疗诊断设备之一。其工作原理是将同位素标记药物注入体内，该放射性核素会释放出正电子，并与体内的负电子快速发生湮灭辐射，并产生两个能量相同，方向相反的γ光子。PET系统通过采用环绕人体的核探测器装置，可以获取光子被探测器探测到的时间、位置和能量信息，并根据该信息重建图像。常用的核探测器包括由多个闪烁晶体组成的晶体阵列Crystalarray和光电探测器。其中，晶体阵列用于接收病患体内释放出的光子例如γ光子并将其转换成可见光，光电探测器用于将可见光转换成脉冲信号。SiPMSiliconPhoto—multiplier，硅光电倍增探测器是近年来逐渐兴起的一种用于光探测领域的光电探测器件，与传统的PMTPhotomultipliertube，光电倍增管相比，SiPM具有体积小，便于研制成探测器阵列的形式；可在低偏压下工作，具有良好的抗磁场干扰和耐机械冲击性能；具有高增益、高光子探测效率、快速响应、以及优良的时间分辨率和宽光谱响应范围等优点。并且增益值与外部所提供的偏置电压成线性关系，如图1所示。基于SiPM的PET探测器的原理是利用SiPM将探测器晶体模块捕获的高能Gamma光子转化成的低能可见光信号通过光电效应转化为电信号，并进行放大，通常可达到106增益级别，再通过电子学模块进行模拟信号处理并转化为数字信号，再进行信号输出及处理。与传统PMT相比，SiPM具有体积小，抗磁场干扰，高增益，高光子探测效率，良好的时间性能等优点，然而缺点是：受环境温度特别敏感。当环境温度发生变化时，其SiPM的增益会发生漂移，从而导致数据的可信度差。即：环境温度升高，增益下降，随之带来计数率的下降；而当环境温度降低，其增益会增大，随之带来计数率的升高，并且升高和降低与环境温度呈良好的线性关系。如图2所示，从而影响PET探测器系统的探测效率，数据可信度降低，最终导致图像质量及性能指标的下降。因此，迫切需要对SiPM的温度进行控制，保证SiPM的增益不受环境温度的变化而漂移。以免造成PET系统性能指标及图像质量的下降。现有技术中，控制SiPM增益受温度影响的方法有：1采用冷却方式，即采用水冷或风冷技术对SiPM器件进行冷却。并且所有的SiPM探测器模块，均采用相同的风速或水流速度对器件做冷却。该方法的缺点是，对PET系统中的所有模块的冷却效果不均匀，从而会导致局部模块的温度并不能冷却到预期值。从而造成冷却资源的分配不均；2采用温度补偿方法，即：通过监控模块的温度，并通过调整对应模块的偏置电压来升高或降低该模块的增益值。该方法的缺点是：增大偏置电压，会导致器件功耗的进一步加大，最终会导致器件温度的进一步升高；3采用基于温度传感器的实时温度调节方式，即：通过温度传感器，实现对SiPM的温度监控，并进行冷却系统的实时调节。该方法的缺点是：由于需要增加温度传感器及温度值传输系统，会增加电路的复杂度。并且，若温度传感器的位置分布不合理，其所传输的温度值并不能正确的反映当前SiPM的实际温度，因此，会导致温度调节的不合理。基于此，本案由此产生。发明内容为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种基于SiPM探测系统的增益控制方法及装置，能实现对SiPM探测器的温度均匀控制，使SiPM增益保持稳定，最终实现PET系统性能指标及图像质量的提升。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种基于SiPM探测系统的增益控制方法，包括以下：采集探测系统的本底计数；获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布；计算出所有探测器模块的本底计数率；计算当前本底计数率与目标本底计数率的偏差量；对比偏差量，获取无级变速目标控制量；发送无极变速目标控制量指令。作为优选，还包括数据异常判断步骤，获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布后，判断是否出现异常数据，若出现异常数据则检查更换后重新采集本底数据，若未出现异常则再计算出所有探测器模块的本底计数率。一种基于SiPM探测系统的增益控制装置，包括依次相连的数据采集模块、数据处理与分析模块、FPGA模块、以及带有无级变速控制模块的冷却系统；所述冷却系统和数据采集模块分布于所述探测器系统中；所述数据采集模块，用于采集探测系统的本底计数；所述数据处理与分析模块，用于获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布、本底计数率、以及当前本底计数率与目标本底计数率的偏差量；所述FPGA模块，用于对比偏差值，获取无级变速目标控制量，以及发送无极变速目标控制量指令至所述无级变速控制模块；所述无级变速控制模块根据指令实现对冷却系统的调速。作为优选，所述FPGA模块，是基于查表法，获取每个探测器模块本底计数率偏差量，并查找本底计数率偏差量-温度-目标变速控制量关系表，获取当前即时本底计数率下的目标变速控制量值。作为优选，所述冷却系统为水冷风冷系统。作为优选，所述无级变速控制模块通过控制所述水冷风冷系统的电机，以实现水流速度风扇转速的控制。作为优选，所述无级变速控制模块采用可编程控制器或单片机。本发明的原理和有益效果：通过获取当前状态的本底计数率及本底计数分布，并计算当前本底计数率与目标本底计数率的偏差，并通过调整无极变速器变化量来控制冷却系统，实现对SiPM探测器模块温度的均匀有效的控制，使SiPM增益保持稳定并，最终实现PET图像质量及性能指标的提升。1本发明采用基于无极变速控制器的冷却系统实现，可以取代传统温控方法。2本发明通过获取各模块的本底计数率及对应的本底计数分布，并根据当前实际本底计数率与目标本底计数率，计算出无极变速控制系统的变化量，从而控制冷却系统，达到控制温度的目的。3本发明能有效实现PET系统各模块的冷却效果一致，从而保证了各模块的增益一致性及冷却资源的合理利用。4本发明不会增加SiPM器件自身的额外功耗，降低了电路的复杂度。附图说明图1为增益与偏置电压的关系曲线图；图2为增益与环境温度的关系曲线图；图3为本发明一种基于SiPM探测系统的增益控制装置的模块控制框图；图4为本发明一种基于SiPM探测系统的增益控制方法的流程图；图5为实施例1风冷系统散热片示意图；图6为实施例1PET系统所有模块本底计数分布示意图；图7为实施例1风扇组件转速与模块本底计数率关系曲线图；图8为实施例2PET系统所有模块本底计数分布示意图；图9为实施例2水流速与模块本底计数率关系曲线图。标注说明：电路板1，散热片2。具体实施方式为了使本发明的技术手段及其所能达到的技术效果，能够更清楚更完善的披露，兹提供了以下实施例，并结合附图作如下详细说明：本发明的一种基于SiPM探测系统的增益控制方法，如图3所示，包括以下：采集探测系统的本底计数；获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布；计算出所有探测器模块的本底计数率；计算当前本底计数率与目标本底计数率的偏差量；对比偏差量，获取无级变速目标控制量；发送无极变速目标控制量指令。还包括数据异常判断步骤，获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布后，判断是否出现异常数据，若出现异常数据则检查更换后重新采集本底数据，若未出现异常则再计算出所有探测器模块的本底计数率。本发明所述SiPM探测系统，主要包括：闪烁晶体，SiPM，ASIC等；本发明的一种基于SiPM探测系统的增益控制装置，如图4所示，包括依次相连的数据采集模块、数据处理与分析模块、FPGA模块、以及带有无级变速控制模块的冷却系统；冷却系统和数据采集模块分布于探测器系统中；数据采集模块，用于采集探测系统的本底计数；数据处理与分析模块，用于获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布、本底计数率、以及当前本底计数率与目标本底计数率的偏差量；FPGA模块，用于对比偏差值，获取无级变速目标控制量，以及发送无极变速目标控制量指令至无级变速控制模块；无级变速控制模块根据指令实现对冷却系统的调速。FPGA模块，是基于查表法，获取每个探测器模块本底计数率偏差量，并查找本底计数率偏差量-温度-目标变速控制量关系表，获取当前即时本底计数率下的目标变速控制量值。冷却系统为水冷风冷系统。无级变速控制模块通过控制水冷风冷系统的电机，以实现水流速度风扇转速的控制。无级变速控制模块采用可编程控制器或单片机。实施例1：本实施例中的温度控制方法的冷却系统是基于风冷却系统，风冷却系统示意图如图5所示。所述风冷系统包括：风扇组件，散热片组件；所述散热片可以是贴附在SiPM板或电路板上，如图5所示。数据采集系统，实现对本底计数的采集，主要由：闪烁晶体，SiPM，及电子学系统组成，即：PET系统视野内不放射线源及其它介质，采集时间为5min；数据分析与处理系统，实现对本底计数的计数分布及本底计数率的分析，本实施例中，PET系统共有38个模块。获取本底计数分布示意图，如图6所示。数据异常判断，需要判断图6中圈出的区域计数偏少，是PET探测模块自身原因导致，还是当前模块温度异常导致。由于同一个模块内的温度基本均匀，因此可初步判断是模块自身原因，比如：SiPM器件有损坏，或者晶体自身的损坏所致，可以更坏当前位置的PET探测器模块；根据本底计数分布，分别获取圆周方向38个探测器模块的本底计数率，Nbg_1，Nbg_2，…Nbg_38。将获取的当前本底计数率与目标本底计数率作对比，分别获取38个模块的本底计数率偏差量σi,即：其中，Tbg_i为第i模块的目标本底计数率；FPGA模块获取每个模块本底计数率偏差量σi，并查找本底计数率偏差量-温度-目标变速控制量关系表，获取当前即时本底计数率下的目标变速控制量值；FPGA将该目标变速控制量值指令发送给对应模块的风扇组件；风扇组件的转速与当前模块的本底计数率成线性关系，如图7所示。每个风扇组件按照对应模块所接收的变速控制量指令实现风扇转速的连续调节；最终反馈为通过无极变速控制系统实现对PET系统中所有模块的温度控制，保证了PET系统所有模块的温度具有稳定性。实施例2：本实施例中的温度控制方法的冷却系统是基于水冷却系统。所述水冷却系统包括：水冷机，水冷阀控制组件，回形导水管；所述回形导水管可以置于SiPM与电路板之间；回形导水管可以采用导热材料铝材等组成；数据采集系统，实现对本底计数的采集，即：PET系统视野内不放射线源及其它介质，采集时间为5min；数据分析与处理系统，实现对本底计数的计数分布及本底计数率的分析，本实施例中，PET系统共有38个模块。获取本底计数分布示意图，如图8所示。数据异常判断，需要判断图8中圈出的区域计数偏少，是PET探测模块自身原因导致，还是当前模块温度异常导致。由于同一个模块内的温度基本均匀，因此可初步判断是模块自身原因，比如：SiPM器件有损坏，或者晶体自身的损坏所致，可以更坏当前位置的PET探测器模块；根据本底计数分布，分别获取圆周方向38个探测器模块的本底计数率，Nbg_1，Nbg_2，…Nbg_38。将获取的当前本底计数率与目标本底计数率作对比，分别获取38个模块的本底计数率偏差量σi,即：其中，Tbg_i为第i模块的目标本底计数率；FPGA模块获取每个模块本底计数率偏差量σi，并查找本底计数率偏差量-温度-目标变速控制量关系表，获取当前即时本底计数率下的目标变速控制量值；FPGA将该目标变速控制量值指令发送给对应模块的水冷阀控制组件；所述水冷阀控制组件实现对对应模块的水流的控制，其水流速与当前模块的本底计数率成线性关系，如图9所示。每个水冷阀控制组件按照对应模块所接收的变速控制量指令实现水流速的调节；最终反馈为通过无极变速控制系统实现所有模块的温度控制，保证了所有模块的温度具有稳定性。以上内容是结合本发明的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

权利要求：1.一种基于SiPM探测系统的增益控制方法，包括以下：采集探测系统的本底计数；获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布；计算出所有探测器模块的本底计数率；计算当前本底计数率与目标本底计数率的偏差量；对比偏差量，获取无级变速目标控制量；发送无极变速目标控制量指令。2.如权利要求1所示的一种基于SiPM探测系统的增益控制方法，其特征在于：还包括数据异常判断步骤，获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布后，判断是否出现异常数据，若出现异常数据则检查更换后重新采集本底数据，若未出现异常则再计算出所有探测器模块的本底计数率。3.一种基于SiPM探测系统的增益控制装置，其特征在于：包括依次相连的数据采集模块、数据处理与分析模块、FPGA模块、以及带有无级变速控制模块的冷却系统；所述冷却系统和数据采集模块分布于所述探测器系统中；所述数据采集模块，用于采集探测系统的本底计数；所述数据处理与分析模块，用于获取探测系统中所有探测器模块的本底计数分布、本底计数率、以及当前本底计数率与目标本底计数率的偏差量；所述FPGA模块，用于对比偏差值，获取无级变速目标控制量，以及发送无极变速目标控制量指令至所述无级变速控制模块；所述无级变速控制模块根据指令实现对冷却系统的调速。4.如权利要求3所示的一种基于SiPM探测系统的增益控制装置，其特征在于：所述FPGA模块，是基于查表法，获取每个探测器模块本底计数率偏差量，并查找本底计数率偏差量-温度-目标变速控制量关系表，获取当前即时本底计数率下的目标变速控制量值。5.如权利要求3所示的一种基于SiPM探测系统的增益控制装置，其特征在于：所述冷却系统为水冷风冷系统。6.如权利要求5所示的一种基于SiPM探测系统的增益控制装置，其特征在于：所述无级变速控制模块通过控制所述水冷风冷系统的电机，以实现水流速度风扇转速的控制。7.如权利要求3所示的一种基于SiPM探测系统的增益控制装置，其特征在于：所述无级变速控制模块采用可编程控制器或单片机。

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