Inżynier i Fizyk Medyczny 1/2014 vol. 3
47
artykuł
/
article
medycyna nuklearna
/
nuclear medicine
Kolejnym problemem jest tor detekcji sygnałów, gdzie króluje
analogowy fotopowielacz. Aby uzyskać zdecydowany postęp
i zmianę, firma Philips, po latach prób, zdecydowała się wprowa-
dzić do produkcji całkowicie cyfrowy tor detekcji wmiejsce analo-
gowego i zastąpić fotopowielacze układami cyfrowymi.
Digital Photon Counting
Technologia
Digital Photon Counting (DPC)
umożliwia kon-
wersję pojedynczych scyntylacji (fotonów światła generowa-
nych w kryształach detektora PET przez padające promienio-
wanie gamma) bezpośrednio na sygnał cyfrowy. Połączenie 1:1
kryształów z czujnikami światła daje proporcjonalność zliczeń,
wydajniejsze działanie TOF (
Time-of-Flight
) i ogólną poprawę
czułości w stosunku do systemów analogowych.
Jak to działa?
Digital Silicon Photomultiplier (Digital SiPM)
Technologia
Digital Photon Counting
jest oparta na fotopowielaczu
krzemowym, w którym każdy padający foton jest konwertowany
bezpośrednio (jeden do jednego) na impuls cyfrowy zliczany w zin-
tegrowanym obwodzie (niskoprądowe układy CMOS). W przeci-
wieństwie do standardowych fotopowielaczy krzemowych, układ
SiMP Philipsa jest w pełni cyfro-
wy (
digital-in/digital-out
). Wyni-
kiem jest szybsze i precyzyjniej-
sze zliczanie fotonów.
Istotne jest odróżnienie
standardowej technologii SiPM
(krzemowych fotopowielaczy)
od technologii Philipsa, która
jest całkowicie cyfrowa.
Standardowe
rozwiązanie SiPM
W dostępnym rozwiązaniu
SiPM każda fotodioda lawino-
wa jest połączona w grupach
z polikrzemową elektrodą
wygaszającą proces lawinowy
poprzez ograniczenie prądu
diodowego do odpowiednio
niskiego poziomu. Wszystkie
takie mikrokomórki dioda/
opornik są połączone równo-
legle, co oznacza, że jednocze-
sne (lub prawie jednoczesne)
wygaszenie kaskady na dwóch
lub więcej fotodiodach gene-
ruje gwałtowny wzrost prądu
na wyjściu. Pojemności i indukcyjności układu elektronicznego
„rozmywają” ten sygnał wyjściowy w analogową falę, która musi
zostać opracowana przez układy ASIC w celu odtworzenia zli-
czeń fotonów.
Digital Photon Counting SiPM Philipsa
Technologia cyfrowego fotopowielacza krzemowego oferowana
przez firmę Philips zaopatruje każdą fotodiodę lawinową we wła-
sny 1-bitowy przetwornik ADC (
Analog to Digital Converter
) w po-
staci inwertera CMOS. Dlatego każda mikrokomórka, na której po-
jawia się wygaszenie procesu lawinowego, generuje swój własny
cyfrowy sygnał wyjściowy, przechwytywany przez wbudowany
w układ licznik razem z innymi sygnałami cyfrowymi pochodzącymi
ze wszystkich innych wzbudzonych mikrokomórek. Dlatego cyfro-
wy układ SiPMPhilipsa konwertuje sygnały cyfrowe (detekcje foto-
nów) bezpośrednio na cyfrowe zliczenia fotonów. W wyniku tego
można uzyskać znacznie lepszą rozdzielczość zliczeń fotonów niż
w przypadku standardowego rozwiązania SiPM.
Obrazy testowe przy użyciu fantomu PET Jaszczaka z wypełnie-
niami stosowane do testów kontroli jakości wskazują na perfekcyjną
rozdzielczość przestrzenną detektora cyfrowego PET nawet bez za-
stosowanie funkcji PSF (
Point Spread Function
). Rekonstrukcja obra-
zówzostaławykonanawmatrycy z pikselami o rozmiarach 2 x 2mm.
Na kolejnych rysunkach 8 i 9 zademonstrowano pierwsze obrazy
Macierz zawiera 16
komórek (8x8 pikseli)
Jedna komórka składa
się z 4 pikseli
Pojedynczy piksel
Komórka
Pierwszy foton uderza w czyjnik, licznik sumacyjny
powiększa się do 001, zegar mierzy czas dolotu fotonu
Drugi foton uderza w czujnik, licznik sumacyjny
powiększa się do 002
Układ mierzy 3 fotony uderzające w czujnik podczas
procesu detekcji w zdefiniowanym oknie czasowym
Na koniec procesu detekcji wartość na liczniku
fotonów i na zegarze może być odczytana cyfrowo
Fot. 5
Zasada działania cyfrowego układu Digital Photon Counting
1...,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48 50,51,52,53,54,55,56