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

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

高武 著

图书标签:

• PET成像
• 正电子发射断层扫描
• 集成电路设计
• 前端电路
• 医学影像
• 射频电路
• 低噪声放大器
• 模数转换器
• 信号处理
• 核医学

店铺： 诗书雅韵图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121311253

商品编码：29581418869

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

售价：43.5元,便宜25.5元,折扣63

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

---

内容提要

---

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

---

作者介绍

---

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

---

序言

---

《PET成像前端电子线路设计原理与实践》 图书简介 本书深入探讨了正电子发射断层成像（PET）设备前端电子线路的设计原理、关键技术与实际应用。PET成像作为一种重要的分子影像技术，其性能的优劣在很大程度上取决于前端探测系统及其与之紧密耦合的电子学设计。本书旨在为从事PET系统研发、影像设备设计、以及相关领域研究的工程师、研究人员和研究生提供一套系统、详实、具有实践指导意义的参考。 第一部分：PET成像基础与前端探测器概述 在深入电子学设计之前，我们首先回顾PET成像的基本原理，包括放射性核素的衰变、正电子的湮灭、湮灭光子的产生与探测，以及时间符合（time-of-flight, TOF）和能量信息在成像重建中的作用。我们将简要介绍不同类型的PET探测器，如闪烁晶体（如LSO、BGO、LaBr3等）及其物理特性，以及它们如何将高能光子转化为可探测的电信号。重点将放在探测器单元的尺寸、形状、光电转换效率、闪烁衰减时间等参数对成像分辨率、灵敏度和背景噪声的影响。 第二部分：PET前端电子学核心组成 本书的核心内容将聚焦于PET成像前端的电子学设计。我们将从信号链的各个环节进行详细阐述，包括： 2.1 闪烁晶体与光电探测器的接口设计 光电倍增管（PMT）： 介绍不同类型的PMT（如盒式PMT、对数PMT、SiPM等），其结构、工作原理、增益控制、噪声特性（暗电流、串扰）以及在PET前端中的应用考量。 硅光电倍增管（SiPM）： 重点介绍SiPM作为PMT的替代品，其优势（体积小、低电压、抗磁场、高量子效率）和劣势（增益非线性、温度依赖性、串扰），以及其在PET探测器阵列中的集成方法。 光敏元件与闪烁晶体耦合： 讨论优化光耦合效率的技术，包括使用反射材料、透镜、导光板等，以及它们对信号幅度、信号到达时间抖动的影响。 2.2 前置放大器（Preamplifier）设计 信号特性分析： 分析闪烁探测器输出信号的幅度和时间特性，包括脉冲形状、上升/下降时间、电荷量等。 基本放大器拓扑： 介绍常用的前置放大器拓扑，如跨阻放大器（TIA）、电压并联反馈放大器等，分析其各自的优缺点。 关键设计参数： 详细讲解增益、带宽、噪声系数（输入电压噪声、输入电流噪声）、失真、功耗等对前端性能的影响。 低噪声设计技术： 讨论如何通过器件选择（低噪声晶体管、肖特基二极管）、电路布局、电源滤波等手段，最大限度地降低噪声对微弱信号的影响。 瞬态响应优化： 介绍如何设计能够快速响应信号瞬变，同时避免过载和饱和的放大器，以保证信号的准确测量。 集成化设计： 探讨将前置放大器集成到探测器模块中的设计方法，以减小寄生参数和提高信号传输效率。 2.3 滤波与信号整形（Filtering and Shaping） 滤波器类型： 介绍低通滤波器、带通滤波器、梯形滤波器、高斯滤波器等，以及它们在PET信号处理中的作用。 最佳滤波理论： 讲解维纳滤波（Wiener filter）和匹配滤波（matched filter）等理论，以及如何根据信号和噪声特性选择最优滤波器以最大化信噪比。 信号成形器（Shaper）设计： 详细介绍不同类型的信号成形器（如CR-RCn、多极点滤波器）的设计原理和参数选择，使其输出脉冲具有特定形状，便于后续的峰值检测和积分。 成形时间常数的选择： 分析成形时间常数对能量分辨率、时间分辨率和计数率能力的影响。过短的成形时间会增加噪声，过长的成形时间会降低计数率能力和引入堆叠效应。 抗干扰设计： 讨论如何通过滤波器设计来抑制不同频率范围的噪声，包括高频噪声、低频噪声和电源纹波。 2.4 能量测量与数字化（Energy Measurement and Digitization） 幅度测量技术： 介绍峰值检测器（peak detector）、积分器（integrator）等技术，用于提取整形后信号的峰值幅度，反映了探测到的光子能量。 模数转换器（ADC）： 详细分析PET前端对ADC的要求，包括采样率、分辨率（位数）、动态范围、非线性度、功耗等。 ADC类型选择： 介绍逐次逼近型ADC（SAR ADC）、流水线型ADC（Pipeline ADC）、∑-Δ ADC等，并分析它们在PET应用中的适用性。 数字信号处理（DSP）初步： 简述ADC输出的数字信号在基带进行的一些初步处理，如基线恢复、增益校正等。 2.5 时间测量与触发（Timing Measurement and Triggering） 时间信息提取： 介绍不同的时间测量技术，如零交叉检测（zero-crossing detection）、斜率积分法（leading edge integration）、恒比分压器（constant fraction discriminator, CFD）等。 CFD设计与优化： 重点讲解CFD的工作原理、关键参数（延迟时间、衰减系数）的优化，以及其在精确时间测量中的优势。 时间符合电路： 介绍用于检测两个探测器信号是否同时到达（在特定时间窗口内）的电路设计，这是PET事件识别的关键。 触发信号生成： 讨论如何根据能量和时间信息生成有效的触发信号，以指示一个符合条件的湮灭事件发生。 第三部分：高级设计考虑与集成 3.1 噪声源分析与抑制 系统噪声分解： 对整个信号链中的噪声源进行详细分析，包括热噪声、散粒噪声、闪烁噪声、器件噪声、电源噪声、串扰噪声等。 降噪策略： 提出系统性的降噪方法，包括低噪声器件选择、电路布局优化、屏蔽、接地、电源滤波、信号平均等。 蒙特卡洛仿真在噪声分析中的应用： 介绍如何利用仿真工具对噪声进行精确建模和评估。 3.2 计数率与动态范围 探测器死时间（Dead Time）： 分析探测器和电子学电路中的死时间，及其对PET计数率和准确性的影响。 死时间修正技术： 介绍常用的死时间修正方法，如基于模型修正、无死时间探测器设计等。 动态范围设计： 讨论如何设计能够同时处理微弱和强信号的电子线路，以应对不同衰减率的放射源和不同的成像区域。 3.3 电源管理与稳定性 低噪声电源设计： 介绍低噪声线性稳压器、开关电源的滤波与稳压技术，以及如何减少电源对模拟信号的影响。 电源纹波抑制： 讨论采用旁路电容、滤波网络等手段抑制电源纹波。 温度补偿： 分析温度对器件性能的影响，并介绍温度补偿电路的设计方法，以保证系统的稳定性和精度。 3.4 PCB布局与电磁兼容（EMC） 高频信号处理： 讨论PCB布局对高频信号传输的影响，包括走线阻抗匹配、过孔设计、信号完整性等。 电源和地线设计： 介绍合理的电源和地线规划，以减少地线回流和电源噪声耦合。 屏蔽与隔离： 讨论如何通过屏蔽盒、接地层、隔离电路等技术，提高系统的抗干扰能力。 EMC设计原则： 遵循EMC设计原则，确保前端电子线路在复杂的电磁环境中稳定可靠地工作。 3.5 系统集成与测试 模块化设计： 介绍将各个功能模块（如探测器单元、ASIC、ADC模块）进行集成的方法。 接口标准与协议： 讨论不同模块之间的接口设计和数据传输协议。 测试方法与设备： 介绍用于验证电子线路性能的测试方法，如噪声谱分析、频率响应测试、眼图测试、死时间测量等，以及相关的测试设备。 系统校准： 讲解如何在整个系统层面进行能量、时间、位置等参数的校准，以保证成像质量。 第四部分：应用实例与未来趋势 特定PET探测器前端设计案例分析： 结合具体的PET系统（如全身PET、小动物PET），分析其前端电子学设计的具体实现和优化策略。 ASIC（专用集成电路）在PET前端中的应用： 介绍ASIC在集成度、性能和功耗方面带来的优势，以及如何设计高效的ASIC前端。 未来发展方向： 探讨PET成像电子学设计的新兴技术和发展趋势，如更高集成度的SoC设计、新型光电探测器技术、深度学习在信号处理中的应用、TOF PET技术的进一步发展等。 本书内容丰富，理论与实践相结合，图文并茂，旨在帮助读者全面掌握PET成像前端电子线路的设计精髓。通过对本书的学习，读者将能够独立完成高性能PET前端电子线路的设计、调试和优化工作，为PET成像技术的进步贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

我翻开《PET成像前端集成电路设计》这本书，立刻被其严谨的学术风格所吸引。作者在开篇就为读者构建了一个清晰的知识框架，将PET成像的原理与前端电子设计的必要性紧密联系起来。书中对信号处理链条的梳理非常到位，从闪烁体产生的光信号如何被光电探测器转化为电信号，再到这个电信号经过放大、滤波、整形，最终被模数转换器数字化，每一步的电路设计都进行了细致的讲解。我尤其关注书中关于低噪声放大器（LNA）的设计章节，因为PET成像对信号的微弱性要求极高，任何一点噪声都会严重影响图像质量。作者深入浅出地分析了不同LNA拓扑结构（如跨阻放大器、跨导放大器）的优缺点，以及如何根据PET探测器特性选择合适的器件和优化电路参数。此外，书中对模数转换器（ADC）的选择和设计也进行了详尽的阐述，特别是对于高速、高分辨率ADC在PET前端的应用，以及如何在保证数据率的同时控制功耗和成本，这些内容对我而言极具启发性。

评分☆☆☆☆☆

《PET成像前端集成电路设计》这本书以其对实践的高度重视脱颖而出。我之所以选择这本书，很大程度上是希望能够获得一些在实际工程设计中能够直接应用的知识。书中并没有停留在理论层面，而是通过大量精心设计的电路图、仿真结果以及实际应用案例，生动地展示了前端集成电路的设计过程。作者非常注重从系统层面来考虑问题，例如如何将探测器、放大器、滤波电路、ADC等模块有机地集成在一起，形成一个高效、可靠的前端数据采集系统。我特别欣赏书中关于噪声分析和抑制的部分，作者不仅列举了各种噪声源，还提出了多种有效的抑制策略，例如差分信号传输、屏蔽技术以及数字信号处理中的降噪算法。对于PET这种需要处理海量数据的成像技术，前端的效率和准确性至关重要，书中对高速数据传输接口和实时数据预处理的设计也给了我很多启发。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名是《PET成像前端集成电路设计》。 在深入研究《PET成像前端集成电路设计》之前，我曾对PET（正电子发射断层成像）成像的核心技术——其前端集成电路的设计——感到无比的好奇。想象一下，一个微小的芯片如何在人体内部追踪粒子的轨迹，从而勾勒出器官的功能和代谢活动。这其中的工程智慧和技术挑战，对我而言，无疑是充满了神秘感。我期待这本书能够揭开这层神秘的面纱，让我理解那些驱动PET扫描仪精密运转的电子元件是如何被巧妙地集成在一起的。我希望看到关于信号采集、放大、数字化以及数据处理等关键环节的设计原理，特别是如何在大脑、心脏等关键部位的微弱信号中捕捉有效信息，同时又要抑制噪声和干扰。如果书中能详细阐述不同类型的探测器（如闪烁体和光电倍增管的接口电路）的工作原理，以及如何优化这些前端电路的性能以提高成像分辨率和灵敏度，那将是极大的惊喜。更进一步，关于电源管理、功耗优化以及如何在有限的空间内实现高集成度，这些都是实际设计中不可忽视的挑战，若能在这本书中一窥其设计之道，我将受益匪浅。这本书的书名直接点明了其核心内容，所以我预设了它会深入探讨前端集成电路的每一个细节，从最基础的晶体管级别的设计，到系统级别的集成方案。

评分☆☆☆☆☆

在我阅读《PET成像前端集成电路设计》的过程中，我深深体会到集成电路设计并非一蹴而就，它是一个不断权衡和优化的过程。作者在书中详细探讨了在PET成像前端设计中，设计者常常面临的各种取舍，比如在提高信号灵敏度的同时，如何控制器件的功耗和成本；在追求更高的成像速度时，又如何保证信号的准确性和抗干扰能力。书中对不同工艺技术（如CMOS、BiCMOS）在PET前端设计中的适用性进行了分析，并讨论了如何在不同的工艺制程下实现最优化的设计。我发现，对数字信号处理（DSP）与前端模拟电路的协同设计也是书中一个重要的亮点。通过将一部分信号处理功能移至数字域，可以有效地降低模拟前端的复杂性，提高系统的整体性能。书中对这种软硬件协同设计的理念进行了深入的阐释，让我对未来的PET成像前端设计有了更广阔的视野。

评分☆☆☆☆☆

《PET成像前端集成电路设计》这本书为我打开了一扇通往PET成像核心技术的大门。它不仅仅是一本关于电子电路设计的书籍，更是一次对精密工程美学的探索。书中关于如何处理微弱、快速变化的信号，如何在大规模并行系统中实现高效的数据采集，以及如何将复杂的功能集成到微小的芯片中，都展现了工程师们令人惊叹的创造力和解决问题的能力。我理解了为什么PET成像技术能够在医学诊断中扮演如此重要的角色，这背后离不开一代又一代工程师在前端集成电路设计上的不懈努力和技术突破。书中对未来发展趋势的展望，也让我对PET成像技术在精准医疗、药物研发等领域的应用前景充满了期待。这本书的价值，在于它不仅传授了技术知识，更激发了人们对科学技术不断探索和创新的热情。