优化TOF-PET系统：前端电子设计与性能提升

"本文主要探讨了TOF-PET(飞行时间正电子发射断层成像)前端电子系统的设计与实现，旨在提升系统的时间分辨性能和能量分辨性能。文章指出，TOF技术能显著提高PET图像的信噪比，但也对电子学系统提出更高要求。前端电子系统作为连接探测器与图像输出的关键环节，对整体性能有重大影响。作者分析了影响TOF时间分辨性能的因素，并提出了优化措施，包括实现小于10ps的全局时钟抖动、采用JESD204B协议的ADC采集方案以达到低于12%的能量分辨率，以及利用基于CFD和FPGA-TDC的时间测量技术实现100ps的时间分辨率。" 在正电子发射断层成像(PET)中，TOF(飞行时间)技术已经成为研究焦点，因为它可以增强图像信噪比，提高疾病诊断的准确性和效率。PET通过放射性示踪剂揭示细胞和分子层面的生理活动，广泛应用于肿瘤、心脏和神经系统疾病的非侵入性检测。 随着技术的发展，PET系统的核心组件如晶体、光电倍增管、前端电子系统等都有了显著进步。其中，前端电子系统扮演着至关重要的角色，它的设计直接影响到系统的探测性能。本文关注于前端电子系统，以优化时间分辨率和能量分辨率为目标。作者分析了TOF技术对系统性能的要求，提出了一套解决方案。 在实际设计中，一个关键的优化在于全局时钟的稳定性，设计出的时钟抖动小于10ps，这对于精确的时间测量至关重要。此外，通过采用符合JESD204B协议的ADC(模拟数字转换器)采集方案，可以提升系统的能量分辨率，使其达到12%以下，这有助于更准确地识别不同能量的事件。 时间分辨率的提升则依赖于基于电流翻转电路(CFD)和FPGA(现场可编程门阵列)-TDC(时间数字转换器)的联合应用，它们共同实现了100ps的时间分辨率。这样的时间分辨率对于区分接近的事件非常有效，进一步提高了图像质量。 本文的研究对于理解和改进TOF-PET系统的性能提供了有价值的见解，通过优化前端电子系统，实现了系统性能的显著提升，有助于推动PET技术在临床诊断中的应用。