Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Электронные модули системы сбора и обработки данных для цифровых гамма-камер Мьо Ньюнт Вин

Электронные модули системы сбора и обработки данных для цифровых гамма-камер
<
Электронные модули системы сбора и обработки данных для цифровых гамма-камер Электронные модули системы сбора и обработки данных для цифровых гамма-камер Электронные модули системы сбора и обработки данных для цифровых гамма-камер Электронные модули системы сбора и обработки данных для цифровых гамма-камер Электронные модули системы сбора и обработки данных для цифровых гамма-камер Электронные модули системы сбора и обработки данных для цифровых гамма-камер Электронные модули системы сбора и обработки данных для цифровых гамма-камер Электронные модули системы сбора и обработки данных для цифровых гамма-камер Электронные модули системы сбора и обработки данных для цифровых гамма-камер
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Мьо Ньюнт Вин. Электронные модули системы сбора и обработки данных для цифровых гамма-камер : диссертация... кандидата технических наук : 05.13.05 Москва, 2007 153 с. РГБ ОД, 61:07-5/3268

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Анализ патентной литературы и научно-технической информации 11

1.1. Анализ патентной информации по годам 11

1.2. Анализ патентной документации по странам 12

1.3. Анализ патентной информации по тематике 14

Выводы к главе 1 16

Глава 2. Анализ структуры электронных систем обработки данных в гамма-камерах 18

2.1. Особенности и область применения гамма-камер 18

2.2. Классификация гамма-камер 19

2.3. Особенности использования коллиматоров 38

Выводы к главе 2 42

Глава 3. Повышение пространственного разрешения в гамма-камере за счет использования блока предсказания 44

3.1. Анализ и классификация структур детекторов для гамма-камер 44

3.2. Компенсация искажений в периферийной зоне за счет предсказания величины недостающих сигналов 58

3.3. Классификация возможных конструкций детекторов в современной гамма-камере 62

3.4. Оценка периферийной зоны для выделенных классов детекторов 71

3.5. Особенности использования детекторов в международном физическом эксперименте 73

Выводы к главе 3 75

Глава 4. Разработка моделей для системы OrCAD и методики проектирования электронных узлов на их основе 76

4.1. Разработка одномерных ID моделей электронных узлов обработки данных гамма-камеры 76

4.2. Разработка двумерных 2D моделей электронных узлов обработки данных гамма-камеры 82

4.3. Методика параметризации моделей 90

4.4. Методика проектирования электронных узлов на основе созданных моделей 92

Выводы к главе 4 95

Глава 5. Разработка электронных модулей и тестового программного обеспечения для гамма-камеры 96

5.1. Разработка электронных модулей 96

5.2. Разработка тестового и диагностического программно-аппаратного комплекса 106

5.3. Разработка специализированного тестового программного обеспечения 109

5.4. Экспериментальное исследование разработанных электронных модулей 111

Выводы к главе 5 116

Заключение 117

Список литературы 119

Приложение

Введение к работе

Гамма-камера - основной инструмент современной радионуклидной диагностики [27,45,56]. Гамма-камеры предназначены для визуализации и исследования кинетики радиофармпрепаратов (РФП) во внутренних органах и физиологических системах организма пациента с целью ранней диагностики онкологических, сердечно-сосудистых и других заболеваний человека [78].

Одной из основных современных тенденций развития медицинских гамма-камер является увеличение потока полезной информации без увеличения дозы вводимого пациенту РФП. Решение этой проблемы позволит сократить время исследования, улучшить качество получаемого изображения, а в ряде случаев - расширить функциональные возможности гамма-камеры. Среди известных на практике подходов к решению данной проблемы следует выделить: увеличение площади поля зрения детектора, переход от детекторов с полем зрения круглой формы к прямоугольной, увеличение числа фотодетекторов и числа каналов обработки данных, использование двухдетекторных и многодетекторных гамма-камер, использование специализированных коллиматоров с большим коэффициентом пропускания гамма-квантов, использование программных и электронных средств обработки наложенных импульсов.

Получение изображения обследуемого органа в гамма-камере осуществляется на основе алгоритмов восстановления координат точки поглощения гамма-кванта в большом кристалле сцинтиллятора (~600мм х 800мм). Для регистрации сцинтилляций обычно применяют ФЭУ с достаточно большим окном (40мм - 80мм). При этом точное восстановление координат сцинтилляции становиться возможным за счет учета баланса мощности световых потоков, зарегистрированных группой ФЭУ.

Существующие в настоящее время электронные системы обработки данных в гамма-камере позволяют восстанавливать координаты сцинтилляций с различной точностью [108, 109]. Максимальная точность

7 восстановления координат соответствует центральной зоне детектора, а наихудшая - краевой зоне детектора, соизмеримой с радиусом окна ФЭУ. Данный эффект в первую очередь обусловлен нарушением баланса световых потоков в кристалле сцинтиллятора для ФЭУ, расположенных по периметру детектора. Частичным решением данной проблемы является использование дополнительных малогабаритных ФЭУ, располагающихся по периметру детектора для восстановления баланса световых потоков. Однако данной решение приводит к усложнению и удорожанию всей системы, а также увеличивает число типов используемых компонентов.

В этой связи исследование и создание комплекса методических и технических средств, дающих возможность правильно обрабатывать координаты сцинтилляций при нарушении баланса световой мощности, является актуальной в настоящее время задачей. Актуальность решения данной задачи обусловлена также необходимостью создания отечественных образцов современной медицинской техники, что предполагает разработку и производство соответствующих электронных узлов и устройств.

Анализ литературных источников, а также патентной документации [109-111] не позволил выявить подходов к решению указанной задачи, кроме использования дополнительных фотодетекторов.

В данной работе для решения задачи правильного определения координат предлагается подход на основе использования методов предсказания, который дает возможность предсказать (оценить) значения световой мощности для искаженных, либо потерянных световых потоков.

Реализация данного подхода на практике связана с решением ряда научных, практических и экспериментальных задач.

Цель диссертационной работы заключается в исследовании, разработке и реализации электронных модулей системы сбора и обработки данных для цифровых гамма-камер на основе подхода, предполагающего использование методов предсказания для обработки искаженных данных, а также методических и технических средств создания таких модулей.

8 Для достижения поставленной цели решались следующие задачи;

  1. Аналитический обзор и анализ патентной документации и научно-технической информации с целью выявления структурных и алгоритмических решений, использующихся при построении электронных систем обработки данных в современных гамма-камерах. Анализ применяемой элементной базы и классификация гамма-камер по критерию степень интеграции системообразующих электронных компонентов, включая аналоговые, аналого-цифровые и цифровые ИМС.

  2. Исследование и классификация основных характеристик алгоритмов обработки данных в гамма-камерах, а также применяемых методов коррекции.

  3. Исследование структуры и характеристик аналоговых, аналого-цифровых и цифровых гамма-камер с целью выделения обобщенной структурной схемы электронной системы обработки данных, а также набора используемых функциональных преобразований.

  4. Анализ и классификация структур детекторов для гамма-камер. Анализ механизма определения координат в детекторе гамма-камеры. Анализ АПХ отдельных фотодетекторов, АПХ всего детектора гамма-камеры.

  5. Классификация возможных конструкций одномерных, двумерных и трехмерных детекторов в современной гамма-камере. Создание одномерных и двумерных моделей электронных узлов обработки данных в гамма-камере. Разработка методики параметризации моделей.

  6. Разработка унифицированных электронных модулей, ориентированных на аналоговую и цифровую обработку данных в современной гамма-камере высокой эффективности.

  7. Создание лабораторного прототипа электронной системы обработки данных в периферийной зоне детектора. Проведение лабораторных испытаний системы. Создание тестового и диагностического программного обеспечения, инструментальных программных и аппаратных диагностических средств.

9 Научная новизна работы заключается в решении следующих задач:

1. Разработана методика проектирования электронных узлов обработки данных на основе созданных одномерных и двумерных моделей. Сущность методики состоит в структурной оптимизации последовательности функциональной обработки сигналов от детектора гамма-камеры для достижения высокой эффективности обработки полезных событий, в том числе - с искаженным энергетическим спектром в периферийной зоне детектора на основе методов предсказания.

Поставленная цель достигается за счет формализации процесса разработки структурных и схемотехнических решений на основе созданных библиотечных наборов моделей основных функциональных узлов обработки, ориентированных на использование в САПР Cadence и Mentor Graphics. Применение методики позволяет снизить трудоемкость и общее время проектирования.

  1. Созданы одномерные и двумерные модели электронных узлов обработки данных в гамма-камере, позволяющие учитывать краевые эффекты в детекторе, в первую очередь обусловленные потерей части светового потока в кристалле сцинтиллятора. Использование предложенных моделей на практике дает возможность повысить эффективность регистрации полезных событий с искаженным энергетическим спектром. Модели ориентированы на использование в едином цикле проектирования электронных узлов в рамках САПР Cadence, либо Mentor Graphics.

  2. Предложена методика параметризации одномерных и двумерных моделей на основе проведения планированного эксперимента.

Практическая значимость работы обусловлена:

1. Разработаны высокоэффективные электронные модули электронных систем обработки данных для универсальных и специализированных гамма-камер, позволяющие по сравнению с известными способами обработки данных на 15-25% повысить площадь поля зрения, а также на 10-20%

10 повысить скорость счета благодаря обработке импульсов в периферийной зоне детектора на основе реализации методов предсказания.

2. Разработан лабораторный 19-канальный прототип электронной
системы обработки данных для гамма-камеры, позволяющий провести
изучение эффектов, связанных с обработкой событий при искажении
световых потоков, регистрируемых ФЭУ.

  1. Созданы тестовые, диагностические и отладочные аппаратные и программные средства, а также частные методики диагностики и тестирования электронных модулей и их функциональных узлов.

  2. Разработаны встроенные тестовые, диагностические и отладочные аппаратно-программные средства на уровне электронной системы.

  3. Разработано специализированное программное обеспечение для работы с электронными модулями гамма-камеры.

Основные положения, выносимые на защиту

  1. Методика проектирования электронных узлов обработки данных на основе структурной оптимизации последовательности функциональной обработки сигналов от детектора гамма-камеры для достижения высокой эффективности обработки полезных событий с искаженным энергетическим спектром в периферийной зоне детектора на основе методов предсказания.

  2. Разработанные одномерные и двумерные модели электронных узлов обработки данных в гамма-камере, позволяющие учитывать краевые эффекты в детекторе, в первую очередь обусловленные потерей части светового потока в кристалле сцинтиллятора.

3. Методика параметризации одномерных и двумерных моделей на основе
проведения планированного эксперимента.

  1. Электронные модули для обработки данных в цифровой гамма-камере, реализующий предложенный подход к обработке импульсов.

  2. Разработанные тестовые, диагностические и отладочные аппаратные и программные средства, а также частные методики диагностики и тестирования электронных модулей и их функциональных узлов.

Анализ патентной информации по тематике

Анализ тематик патентов показал, что на данный момент больше всего патентов посвящено решению задачи повышения пространственного разрешения гамма-камеры за счет коррекции и учета АПХ ФЭУ. Большое внимание в патентах уделено также задачам улучшения равномерности характеристик детектора за счет специальной обработки в периферийной зоне детектора, а также за счет использования сложных коллиматоров. Необходимо отметить, что достаточно большое внимание в патентах уделяется также таким проблемам, как: - повышение скорости счета гамма-камеры за счет обработки наложенных импульсов, - повышение пространственного разрешения гамма-камер за счет учета параметра DOI (Depth of Interaction), - повышение быстродействия гамма-камеры за счет кластерной обработки данных, - реализация быстродействующего триггера современной гамма-камеры. Вопросам использования полупроводниковых детекторов, кодированной апертуры, сложных кристаллов сцинтилляторов и спецпроцессоров в современной гамма-камере, судя по имеющимся в открытой печати информации, уделяется недостаточно внимания. Необходимо отметить, что несмотря на большое число патентов, направленных на решение указанных выше задач, связанных с обработкой данных для улучшения качества получаемого изображения, а также с коррекцией данных в современной гамма-камере, для данных задач все еще не найдено достаточно эффективных решений.

С этой точки зрения представленные в патентной документации решения в основном носят частный характер и позволяют получить выигрыш только в определенных условиях применения. В этом плане создание научных основ проектирования в первую очередь электронных узлов для современной гамма-камеры приобретает особое значение. Более подробно перечень актуальных научных и практических задач представлен во второй главе. Таким образом, проведенный в данной главе анализ патентной и научно-технической информации по современным гамма-камерам позволяет сделать следующие выводы: 1. За рассматриваемый период с 1999г. по середину 2006г. наблюдается плавный рост числа поданных патентов, направленных на защиту технических решений в области электронных систем обработки данных, а также создания новых конструкций детекторов для гамма-камер. 2. По общему числу поданных заявок на получение патента по гамма-камерам первое место занимает США. Второе и третье места занимают соответственно Канада и Израиль. 3. Ведущими компаниями по числу поданных заявок на получение патентов являются ADAC Laboratories, Picker International Inc., Siemens Medical Systems Inc. и ELGEMS LTD. 4. Среди задач, решаемых с помощью рассмотренных патентов, следует выделить повышение пространственного разрешения гамма-камеры за счет коррекции и учета АПХ ФЭУ, а также улучшение равномерности характеристик детектора за счет специальной обработки в его периферийной зоне, а также за счет использования сложных коллиматоров. 5. В то же время для ряда задач, связанных с коррекцией данных, а также с улучшением качества получаемого в гамма-камере изображения, все еще отсутствуют эффективные решения, что обусловливает актуальность исследований в этой области.

Среди таких задач в первую очередь следует выделить следующие: - учет краевых (угловых) эффектов в сцинтилляторе, приводящих к потере разрешения в гамма-камере в периферийной зоне, - учет краевых (угловых) эффектов в используемых детекторах, например, ФЭУ, приводящих к уменьшению рабочего окна ФЭУ, а также к появлению «мертвых» зон между соседними ФЭУ, - построение быстродействующего триггера, обрабатывающего множественные события, в том числе - наложенные. Эффективное решение указанных выше задач требует создания научных и практических методик их решения на основе современных средств автоматизированного проектирования, а также разработке унифицированных электронных узлов на их основе. В данной главе дан анализ структур систем обработки данных в гамма-камере. Дана классификация гамма-камер в соответствии с основными этапами их развития. Проанализирована обобщенная структура аналоговых, аналого-цифровых и цифровых гамма-камер. Рассмотрены перспективы использования многоканальных специализированных микросхем для построения современных гамма-камер. Обосновывается возможность повышения пространственного разрешения в периферийной зоне за счет использования методов предсказания. На основании проведенных исследований сформулированы актуальные научные, практические и экспериментальные задачи

Особенности использования коллиматоров

Детекторы гамма-камер классов GC-1, GC-2, GC-3, GC-4 и GC-5 имеют сходную конструкцию, показанную на рис.2.13 [22]. Гамма-камера содержит многоканальный коллиматор в том случае, если она не работает в томографическом режиме. Основные узлы детектора заключены в свинцовый экран для минимизации фона [22]. Основное функциональное назначение коллиматора - фильтрация входного потока у - квантов с целью выделения у - квантов, имеющих одно и тоже направление - перпендикулярное кристаллу сцинтиллятора. В зависимости от соотношения размеров исследуемого объекта (Ri) и размеров рабочего окна гамма-камеры (Rg) используются различные типы коллиматоров. В табл.2.7 представлена классификация используемых на практике коллиматоров (Rix и RiY - соответственно максимальный размер исследуемого объекта по оси X и Y, Rgx и Rgy - соответственно максимальный размер рабочего окна гамма-камеры по оси X и Y). Необходимо отметить, что коллиматоры классов C-X/N-Y, C-X-Y/N и С-X/N-Y/N с большим числом отверстий обеспечивают большое поле зрения, особенно при работе с гамма-камерой с малой площадью детектора. Коллиматоры классов C-NX-Y, C-X-NY и C-NX-NY используется, если необходимо увеличить объект. Коллиматор класса C-NX-NY (8) используется для исследования небольших объектов. Основными параметрами используемых коллиматоров являются: средний диаметр отверстий коллиматора - D, суммарное число отверстий в коллиматоре - К, толщина перегородок между отверстиями - d. Увеличение диаметра отверстий D приводит к улучшению чувствительности, однако при этом падает пространственное разрешение гамма-камеры. Для использования РФП с различной энергией у -излучения и достижения приемлемых характеристик - разрешения и чувствительности на практике применяют коллиматоры одного класса но нескольких различных типов. В табл.2.8 приведены, например, характеристики некоторых коллиматоров, использующихся в гамма-камерах с размером детектора порядка 600мм [131]. Коллиматор гамма-камеры непосредственно контактирует с кристаллом сцинтиллятора. Как правило кристалл сцинтиллятора помещен в защитный кожух из легкого материала (алюминий) и имеет оптический контакт с матрицей фотодетекторов. Проведенный анализ структур современных гамма-камер, особенностей функционирования их основных узлов, а также изучение особенностей применения коллиматорных систем, характеристик сцинтилляторов и особенностей взаимодействия гамма-квантов с веществом дают возможность сформулировать основные научные и практические проблемы, в наибольшей степени сдерживающие создание высокоэффективных гамма-камер, ориентированных, в первую очередь на отечественное производство при использовании современной электронной и микроэлектронной элементной базы.

Проведенные обзор и анализ электронных систем обработки данных, а также существующих и перспективных конструкций гамма-камер позволяет сформулировать основные научные и практические задачи, решение которых в первую очередь сдерживает создание современных РЕТ-сканеров классов GC-4, GC-5 и GC-6, в том числе - малогабаритных специализированных гамма-камер. Актуальными в настоящее время научными задачами следует считать: 1. Классификацию перспективных конструкций позиционно чувствительных детекторов для гамма-камер высокого разрешения. 2. Разработку методики проектирования аналоговых узлов обработки данных гамма-камеры с учетом реальных характеристик применяемых детекторов, а также современных средств автоматизированного проектирования узлов РЭА. 3. Разработку специализированных моделей входных узлов электронных блоков гамма-камер, предназначенных для работы с современными детекторами, а также учитывающих погрешности, вносимые кристаллом сцинтиллятора и фотодетекторами гамма-камеры, ориентированных на использование известных САПР. 4. Разработку моделей функциональных блоков, позволяющих определить основные характеристики гамма-камеры на этапе проектирования. 5. Разработку методики параметризации создаваемых моделей входных аналоговых блоков современной гамма-камеры.

Компенсация искажений в периферийной зоне за счет предсказания величины недостающих сигналов

За счет искажения световых потоков в периферийной зоне в детекторе возникает область с плохим разрешением, показанная на рис.3.8, ширина которой соизмерима с радиусом фотодетектора.

В работе предложен механизм компенсации искажений сигналов, основанный на предсказании значения недостающей компоненты. На рис.3.9 показан механизм определения координат сцинтилляции X и Y на основе анализа баланса световых потоков.

Сцинтилляция 1 находится в центральной зоне и определение ее координат X и Y осуществляется на основе анализа баланса сигналов Л1, J12 и J12. События 2 и 3 находятся на краю центральной зоны, и в традиционных электронных системах для их обработки используются соответственно сигналы J21, J22, J23 и J32, J33. Ошибка в определении координат X и Y обусловлена отсутствием (либо сильным искажением) компонент J24 и J34 по причине отсутствия ФЭУ4 . На рис.3.10 показан энергетический спектр сигналов для событий 1, 2 и 3. События 1 и 2 характеризуются полной энергией. Событий 3 характеризуется неполной зарегистрированной энергией, что приводит к искажениям координат.

Для реализации предлагаемого в работе подхода необходимо осуществить определение недостающих сигналов, необходимых для правильного расчета координатных сигналов X и Y. Для этого в работе предлагается использовать специальный модуль, выполняющий функции предсказания значений недостающих сигналов. На рис.3.11 представлена структурная схема электронного узла, осуществляющего эти функции.

В работе предложен ряд структурных и схемотехнических вариантов реализации блока предсказания. Наиболее простая реализация блока предполагает использование операции вычитания для определения недостающего сигнала J24 [116-118]: J24 = J(E0)-J21-J22-J23, где J(E0) - эквивалент электрического сигнала, регистрируемого одним ФЭУ в случае попадания в него всего светового потока от сцинтилляции.

Использование данного подхода дает возможность использовать для восстановления координат X и Y событий с нарушенным балансом светового потока те же аппаратно-программные средства, что и для событий в центральной части детектора.

Предлагаемый подход с использованием блока предсказания также может быть использован для обработки полезных событий при другом расположении ФЭУ вдоль стороны кристалла сцинтиллятора, а также в угловых зонах детектора. На рис.3.12 показан вариант расположения ФЭУ вдоль одной из сторон детектора. Для данного варианта величины J24 , J25 и J34 J35 соответствуют недостающим, либо искаженным компонентам, искажающим значения координат, рассчитанных соответственно только на основе составляющих J21, J22 и J31 J32. На рис.3.13 показан вариант расположения ФЭУ в угловой зоне детектора. Для данного варианта величины J21 и J31 соответствуют недостающим, либо искаженным компонентам, искажающим значения координат, рассчитанных соответственно только на основе составляющих J22, J23, J24, J25 и J32, J33, J34, J35.

Реализация предлагаемого в данной работе подхода к доопределению утраченных компонентов на основе блока предсказания, а также получаемый при этом выигрыш зависят от конструкции применяемого детектора гамма-камеры.

Создание аппаратных и программных средств эффективной обработки данных в периферийной зоне детектора гамма-камеры обусловливает необходимость классификации возможных конструкций детектора гамма-камеры с целью формулирования требований к разрабатываемым средствам обработки данных.

Проведенный анализ патентной документации (приложение Ш) и научно-технической литературы позволил выделить три основных класса детекторов - одномерные Ш, двумерные 2D и трехмерные 3D. В табл.3.2 представлена предлагаемая классификация возможных конструкций детектора.

Среди основных способов размещения фотодетекторов для одномерного ID случая выделены: прямоугольный, сотовый, круглый и решетчатый. Соответствующие классы детекторов имеют индексы - 1D-P, 1D-S, 1D-C, 1D-R. С учетом возможной размерности детекторов класса ID расширенный индекс класса имеет соответственно следующий вид: 1D-P-N, 1D-S-N, 1D-C-N, 1D-R-N.

Для двумерных 2D детекторов также выделены следующие способы размещения фото детекторов: прямоугольный, сотовый, круглый и решетчатый. Соответствующие классы детекторов имеют индексы - 2D-P, 2D-S, 2D-C, 2D-R. С учетом возможной размерности детекторов класса 2D расширенный индекс класса имеет соответственно следующий вид: 2D-P-N-М, 2D-S-N-M, 2D-C-N-M, 2D-R-N-M.

Разработка двумерных 2D моделей электронных узлов обработки данных гамма-камеры

Двумерные 2D модели дают возможность исследовать характеристики электронных узлов при одновременном изменении координат X и Y световой вспышки (сцинтилляции) и предназначены для решения следующего класса задач: - выбор оптимального с точки зрения чувствительности и разрешающей способности аналогового узла из созданных библиотечных наборов для обработки данных в центральной, периферийной и угловой зонах детектора, - исследование линейности преобразования при использовании различных фотодетекторов (табл.3.1), - определение оптимальной структуры детектора классов 2D и 3D (табл.3.2) в зависимости от числа используемых детекторов данного типа, - исследование АПХ группы фотодетекторов заданного типа (табл.3.1), - оценка точности определения энергии импульса Е, - оценка точности временной привязки при формировании строба начала события. Для решения указанных выше задач был разработан ряд двумерных 2D моделей, учитывающих характеристики фотоприемника, включая параметры оптического тракта передачи данных. Разработанные модели ориентированы на использование в составе САПР OrCAD.

Разработанные модели учитывают распределенный характер воздействия света, а также краевые эффекты в сцинтилляторе и световоде детектора.

Разработанные модели 2D-G-4 и 2D-G-7 предназначены в первую очередь для использования в детекторах классов 2D-R-N-M, 3D-MS-N-M-L и 3D-KS-N-M-L с сотовой структурой расположения фотоприемников. Первая модель 2D-G-4, имеющая структуру (2+1), позволяет моделировать характеристики кластера из трех фотоприемников, расположенных в вершинах равностороннего треугольника. Вторая модель 2D-G-7, имеющая структуру (2+3+2), позволяет моделировать характеристики кластера из семи фотоприемников - шесть фотоприемников, расположенных вокруг одного центрального. На рис.4.7 и рис.4.8 представлены соответственно верхний и нижний уровни описания модели 2D-G-2, предназначенной для исследования краевых эффектов при использовании одного ФЭУ. На рис.4.9 показана полученная АПХ ФЭУ при использовании данной модели.

При использовании двумерной модели 2D-G-2 точность воспроизведения АПХ, измеренных экспериментально, составила 7%. Модель была использована при исследовании оптимальной структуры и выбора схемотехнических решений аналоговых узлов первичной обработки данных в периферийной зоне детектора гамма-камеры, ориентированных на реализацию подхода на основе использования блока предсказания. На рис.4.10 представлен, например, второй уровень двухуровневой модели 2D-G-3, предназначенной для моделирования характеристик двух расположенных рядом фотодетекторов при использовании распределенной модели источника света. Типичная область применения модели - 2D и 3D детекторы. На рис.4.11 представлен первый уровень разработанной модели 2D-G-3.

Данная двухуровневая модель кластера из двух расположенных рядом фотодетекторов (ФЭУ) предназначена для определения координатных сигналов X и Y на основе использования распределенной модели источника света. Модель имеет симметричную структуру относительно двух каналов обработки данных X и Y. Точность воспроизведения АПХ каждого ФЭУ кластера, измеренных экспериментально, для данной модели составляет в центральной зоне 5%, что позволило осуществить анализ оптимальных структурных и схемотехнических решений, используемых в блоке предсказания.

Для рассмотренной модели класса 2D-G-3 точность воспроизведения заданных АПХ ФЭУ, измеренных экспериментально, составила 7% при использовании 12x12 точечной модели (рис.4.11). Для определения параметров двумерных моделей использовалась разработанная методика параметризации.

Полный набор созданных одномерных и двумерных моделей, ориентированных на использование в составе САПР моделирования электронных устройств OrCAD, включен в соответствующие библиотеки компонентов. Это позволяет использовать созданный набор моделей не только для моделирования характеристик узлов и блоков, но также и для синтеза готовых схемотехнических решений электронных узлов и модулей обработки, ориентированных на обработку данных в периферийной зоне детектора с потерянными компонентами.

Похожие диссертации на Электронные модули системы сбора и обработки данных для цифровых гамма-камер