用于PET成像系统的TDC架构的VLSI实现

正电子发射断层扫描（PET）是一种基于测量活体内正电子发射放射性核素浓度的医学成像方法。在PET成像系统中，葡萄糖被标记上正电子发射放射性核素并静脉注射。随后，正电子穿过组织并与所作用细胞的电子碰撞。该相互作用的结果是在相反方向发射出两个伽马射线。保留放射性葡萄糖的癌变组织所发射的伽马射线通过环形探测器检测，检测到的信号被转换为电响应。随后，这些响应由电子电路采样并记录为直方图矩阵以生成图像集。伽马射线可能不会在相等时间内到达相反位置的探测器。在具有飞行时间（TOF）特性的PET中，旨在通过基于测量两个光子到达探测器时间差的原理的方法获得更好的定位信息。飞行时间的测量由TDC结构执行。在皮秒（ps）级测量该时间差与PET系统的空间分辨率直接相关。在本研究中，对用于PET系统的具有多种架构方法的TDC结构进行了45 nm CMOS VLSI仿真。利用所设计的TDC架构，模拟了两个伽马光子到达探测器的时间并成功地将时间差数字化。此外，确定了TDC架构的输入输出电压、时间分辨率、测量范围和功耗等各种性能指标。所提出的基于游标振荡器的TDC架构在1V电源电压下以1.62681 mW的低功耗达到了25 ps的时间分辨率。