PET成像前端集成电路设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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高武 著

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• 医学影像
• 射频电路
• 低噪声放大器
• 模数转换器
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店铺： 妙语书言图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121311253

商品编码：29363968548

包装：平装

出版时间：2017-04-01

基本信息

书名：PET成像前端集成电路设计

定价：69.00元

作者：高武

出版社：电子工业出版社

出版日期：2017-04-01

ISBN：9787121311253

字数：

页码：184

版次：01

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书针对正电子发射断层成像系统的需求，系统地介绍了辐射探测器前端集成电路的电路结构和设计方法学。全书分为三部分：部分主要介绍正电子发射断层成像前端读出电路的研究进展和发展动态分析、低噪声前端读出电路设计技术和电流模式前端读出电路设计技术等，第二部分主要介绍时间/数字转换器技术综述、低抖动延迟锁相环设计技术和多通道大动态范围时间/数字转换器设计技术等；第三部分给出多通道低功耗模拟/数字转换器的设计技术。全书后给出对下一代正电子发射断层成像前端集成电路的展望。本书适合集成电路设计领域的专业人员使用。

目录

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作者介绍

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西北工业大学教授，法国斯特拉斯堡大学科学博士、西北工业大学工学博士，主要从事低噪声前端读出集成电路、抗辐射集成电路和空间嵌入式系统的设计与开发。承担本科生'模拟集成电路设计”、研究所'前端微电子系统”等课程。

文摘

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序言

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《PET成像核心探测系统创新研究》 引言： 正电子发射断层扫描（PET）作为一种功能成像技术，在疾病诊断、药物研发以及神经科学研究等领域扮演着至关重要的角色。其成像质量的提升，很大程度上依赖于前端探测系统的性能。本书《PET成像核心探测系统创新研究》深入探讨了PET成像的核心组成部分——探测系统的设计、优化与前沿技术，旨在为相关领域的科研人员、工程师和研究生提供一个全面而深入的技术参考。本书内容聚焦于探测器本身的物理原理、材料选择、电子学设计以及信号处理等关键环节，不涉及 PET成像的后端图像重建算法、临床应用案例、特定疾病的诊断流程，以及任何与数据分析和图像渲染相关的技术。 第一章：PET探测器基本原理与物理机制 本章将系统梳理PET成像的物理基础，重点阐述正电子湮灭过程、伽马射线的产生及其探测原理。我们将详细解析探测器材料与伽马射线相互作用的物理机制，包括康普顿散射、光电效应和电子-正电子对产生等，并深入探讨这些相互作用如何转化为可被电子线路捕捉的信号。本章内容将严格限定在探测器层面的物理过程，不包含 任何关于如何利用这些信号进行图像重建的论述。我们将考察不同探测器材料（如LSO, BGO, LaBr3等）的光学特性、衰减长度、荧光量子产率以及能谱响应等关键参数，并分析这些参数对探测器性能的影响。此外，本章还将初步介绍探测器阵列的几何排布对探测效率和空间分辨率的理论影响，但不会深入探讨 具体的探测器几何设计和阵列构型优化。 第二章：先进探测器材料的性能评估与选择 探测器材料是PET成像性能的基石。本章将对目前主流的以及新兴的闪烁体材料进行详细的性能评估与比较。我们将深入分析不同材料的能量分辨率、时间分辨率、光产额、衰减时间常数、尺寸效应以及辐射硬度等关键指标，并结合PET成像的具体需求，探讨材料选择的考量因素。例如，高光产额的材料能够提供更好的能量分辨率，从而实现更高程度的散射和随机符合事件的抑制；快速衰减时间常数的材料则有助于提高时间分辨率，进而实现时间飞行（TOF）PET技术，显著改善图像信噪比。本章的重点在于对材料本身的物理性质进行深入研究和量化分析，不包括 任何关于这些材料在具体成像设备中集成应用后的性能表现，也不涉及 材料的成本效益分析或商业化前景的讨论。我们将提供不同材料在特定能量范围内的探测效率计算方法，并探讨材料纯度、晶体生长技术等对探测器性能的影响。 第三章：高性能PET探测器电子学前端设计 探测器产生的微弱信号需要经过复杂的电子学前端进行放大、整形和数字化。本章将深入探讨PET探测器电子学前端的设计原理与关键技术。我们将详细解析预放大器、主放大器、阈值甄别器、时间-数字转换器（TDC）以及能量-数字转换器（ADC）等关键电路模块的设计要点。重点将放在如何优化电路的噪声性能、带宽、增益稳定性以及功耗，以最大限度地提高信号的信噪比和探测系统的响应速度。本章还将介绍低噪声跨阻放大器（TIA）、高精度电荷放大器以及低功耗偏置电路等设计技巧。请注意，本章内容仅限于探测器前端的信号获取与初步处理， 不涉及 这些信号如何被进一步处理以进行后续的图像重建，也不包含 任何关于后端数据采集系统（DAQ）的详细设计。我们将讨论如何抑制外部电磁干扰（EMI）和探测器本身产生的电子噪声，并介绍常用的低噪声设计技术，例如屏蔽、接地、滤波以及使用低噪声半导体器件。 第四章：探测器电子学集成与系统优化 在本章中，我们将进一步探讨如何将多个探测器单元及其前端电子学高效地集成起来，形成完整的PET探测器模块。我们将分析不同探测器模块的布局方式，例如正交排布、交错排布等，以及这些排布方式对探测效率、空间分辨率和探测死区的影响。同时，本章还将深入研究探测器模块之间的串扰问题、信号同步问题以及如何实现低功耗、高密度集成。我们将讨论模块化设计的优势，以及如何通过优化走线、减少寄生参数等手段来提高信号完整性。本章的重点在于探测器单元及前端电子学的物理集成与系统层面的协同优化， 不包含 整个PET扫描系统的机械结构设计、大范围的探测器环的搭建，以及任何与临床扫描操作相关的技术。我们将介绍常用的互连技术，例如高密度连接器、柔性印刷电路板（FPC）以及共用低功耗电源和时钟信号的方法。 第五章：探测器系统的时间分辨率提升技术 时间分辨率是PET成像性能的关键指标之一，尤其是在TOF-PET技术中。本章将聚焦于提升PET探测器系统时间分辨率的关键技术。我们将深入分析影响时间分辨率的主要因素，包括闪烁体材料的衰减时间、探测器光电转换效率、电子学前端的响应速度以及数字信号处理的精度。我们将详细介绍如何通过优化闪烁体材料、采用快速响应的光电探测器（如硅光电倍增器SiPM）、设计高性能的时间-数字转换器（TDC）以及采用先进的信号整形技术来提高时间分辨率。本章内容严格限定在探测器及其前端电子学的时间测量精度， 不涉及 如何利用时间信息进行图像重建，也不包含 TOF-PET技术在临床应用中的优势分析。我们将探讨不同SiPM阵列的特性，包括其像素尺寸、饱和度、增益均匀性以及串扰等，并介绍如何通过优化TDC的采样率和量化位数来提升时间测量精度。 第六章：新型探测器设计与前沿技术探索 本章将展望PET探测器设计的前沿领域和未来发展方向。我们将介绍一些正在兴起的新型探测器技术，例如固态探测器、微柱阵列探测器以及具有多功能集成能力的探测器等。我们将探讨这些新型技术在提高探测效率、降低成本、减小体积以及增强成像性能方面的潜力。同时，本章还将讨论如何将先进的半导体技术、纳米技术以及微电子机械系统（MEMS）技术应用于PET探测器的设计与制造。请注意，本章内容主要聚焦于探测器本身的新型设计理念和技术探索， 不包含 任何关于这些新型技术在实际设备中的实现细节、性能验证，以及其在具体成像应用中的优势比较。我们将介绍一些最新的材料研究进展，例如有机闪烁体、量子点以及新型无机闪烁体，并分析它们在PET成像中的应用前景。 结论： 《PET成像核心探测系统创新研究》一书，致力于为读者提供一个关于PET成像探测系统深入而全面的技术视角。本书内容紧密围绕探测器材料、电子学设计、系统集成以及时间分辨率提升等核心技术展开，不包含 任何后端图像处理、临床应用或数据分析方面的内容。通过对书中内容的学习，读者将能够更深刻地理解PET成像探测系统的关键技术瓶颈，并为未来相关领域的研究与创新奠定坚实的理论基础。本书的编写力求严谨、详实，以期成为PET探测器设计领域一本具有参考价值的专著。

评分☆☆☆☆☆

这本书所传达的关于 PET 成像领域前沿技术的信息，绝对能够帮助你站在行业的最前沿。作者对未来 PET 系统发展趋势的预测，以及在新材料、新器件应用方面的探讨，都非常具有前瞻性。我特别对书中关于新型闪烁体材料与前端电路接口匹配的研究，印象深刻。它不仅讨论了如何设计能够兼容不同材料特性的前端电路，还对未来可能出现的具有更高探测效率、更快响应速度的新型闪烁体，给出了初步的前端设计思路。书中对光电探测器（如硅光电倍增器，SiPM）性能的分析，以及如何将其集成到整个前端设计中，以最大化其优势并克服其劣势，也是非常精彩的一部分。对于那些渴望了解 PET 技术未来发展方向的读者而言，这本书无疑是一扇重要的窗口。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是为那些在 PET 成像领域摸爬滚打多年的资深工程师和研究人员量身定制的。我花费了相当多的时间去钻研那些复杂的电路图和深奥的理论，尤其是关于信号采集和处理的部分。书中对于低噪声放大器（LNA）的设计、阈值电压的精确控制、以及如何最大程度地减少由传感器本身引入的信号失真，都有着非常细致的阐述。特别是它在讨论如何处理来自闪烁体阵列的微弱信号时，采用了非常直观的比喻和深入浅出的讲解，让我这个长期以来对某些模拟电路设计细节感到困惑的人，茅塞顿开。书中还涉及了数字信号处理（DSP）的集成，包括如何设计高效的滤波器来抑制噪声，同时又不丢失关键的事件信息。我特别欣赏作者在描述不同类型的模数转换器（ADC）以及它们在 PET 前端集成电路设计中的适用性时，所做的权衡分析。这不仅仅是堆砌公式和电路图，而是真正站在设计者的角度，考虑了功耗、速度、精度以及成本等多方面的因素，为我们提供了非常宝贵的实践指导。

评分☆☆☆☆☆

这本书的另一大亮点在于其对先进半导体工艺的深入探讨，这对于任何希望在 PET 设备性能上寻求突破的工程师来说，都是不可多得的宝藏。作者详细介绍了在当前最先进的CMOS技术节点下，如何设计和优化高精度、低功耗的模拟前端电路，以适应日益增长的探测器密度和更快的读出速度的需求。他对寄生效应的分析，以及如何在版图设计层面进行规避和补偿，写得极为精辟。书中还讨论了如何在高能量粒子探测过程中，有效地处理大量的并发行信号，这其中涉及到多通道同步、串扰抑制等关键技术。作者用大量的实例说明了如何通过巧妙的电路拓扑和布局，来达到更高的探测效率和空间分辨率，这对于我正在进行的下一代 PET 系统研发项目，提供了非常直接的启发。此外，对于热噪声、量化噪声等基础噪声源的建模和抑制，书中也给出了非常详实且实用的方法论。

评分☆☆☆☆☆

我尤其欣赏这本书在系统集成层面的深入分析，这使得它超越了单纯的电路设计手册，成为了一本真正能够指导产品开发的参考书。书中详细讲解了如何将前端模拟电路与后端的数字信号处理器、甚至是更上层的系统控制单元进行无缝集成。我发现作者对于数据流管理、接口协议选择，以及如何实现高效的通信机制，都有着非常独到的见解。特别是在讨论如何优化整体系统的延迟和吞吐量时，书中提出的多级流水线设计和并行处理架构，给我留下了深刻的印象。对于如何进行系统级的仿真和验证，以确保整个前端集成电路能够稳定可靠地工作，书中也给出了非常全面的指导。我发现，以往在实际项目中常常遇到的集成难题，在这本书里都能找到相对应的解决方案或至少是清晰的思路。

评分☆☆☆☆☆

从一本读者的角度来看，这本书在解决实际工程问题方面，可以说是做得非常到位。书中列举的各种挑战，例如电磁干扰（EMI）的防护，低功耗设计下的性能优化，以及如何在严苛的医疗环境中使用和维护这些精密集成电路，都非常贴近实际应用。作者在描述如何通过电路设计来增强系统的鲁棒性，以及如何进行故障诊断和排除方面，给出了许多非常实用的技巧和经验。我尤其欣赏书中关于测试和校准方法的详细介绍，这对于确保 PET 系统的准确性和可靠性至关重要。它不仅仅是理论的阐述，更多的是将理论转化为实践的经验总结，让我能更从容地面对在产品开发过程中遇到的各种复杂问题。