Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор и анализ патентной документации по современным РЕТ-сканерам 11
1.1. Анализ патентной информации по современным РЕТ-сканерам по странам 11
1.2. Анализ патентной информации по современным РЕТ-сканерам по годам 13
1.3. Анализ патентной информации по ведущим компаниям -разработчикам и производителям РЕТ-сканеров 15
1.4. Анализ патентной информации по тематике решаемых задач 16
Выводы к главе 1 18
Глава 2. Пути повышения эффективности регистрации полезных событий в современном РЕТ-сканере 20
2.1. Обобщенная структура детектора современного РЕТ-сканера 20
2.2. Классификация РЕТ-сканеров 22
2.3. Получение изображения в РЕТ-сканере 27
2.4. Учет характеристик применяемых сцинтилляторов при разработке электронной системы обработки данных детектора РЕТ-сканера 34
2.5. Проблемы использования многоканальных ПЧ фотодетекторов 43
2.6. Системы сбора данных в РЕТ-сканерах 53
Выводы к главе 2 58
Глава 3. Разработка структурной схемы электронной системы РЕТ-сканера, допускающей обработку событий с искаженным энергетическим спектром 60
3.1. Определение координаты Z взаимодействия (DOI) 60
3.2. Обобщенная схема обработки данных для учета параметра DOI 64
3.3. Классификация устройств для учета параметра DOI 66
3.4. Классификация известных вариантов детекторов РЕТ-сканеров для учета параметра DOI 68
3.5. Разработка методики проектирования электронных устройств, ориентированных на определение параметра DOI... 73
3.6. Электронная система РЕТ-сканера, допускающая обработку событий с искаженным энергетическим спектром при использовании ПЧ фотодетекторов 76
Выводы к главе 3 79
Глава 4. Разработка методики проектирования аналоговых узлов обработки данных на основе созданных моделей 80
4.1. Композиционный подход и создание моделей разнородных устройств 80
4.2. Создание одномерных моделей ID аналоговых устройств 82
4.3. Создание двумерных моделей 2D аналоговых устройств 98
4.4. Методика параметризации моделей для использования в конкретных приложениях 108
Выводы к главе 4 111
Глава 5. Разработка электронных модулей и тестового программного обеспечения для РЕТ-сканера 112
5.1. Результаты проектирования специализированных электронных модулей 112
5.2. Разработка тестового и диагностического лабораторного оборудования 124
5.3. Разработка специализированного ПО 126
5.4. Полученные экспериментальные данные 129
Выводы г главе 5 133
Заключение 134
Список литературы 136
Приложение
- Анализ патентной информации по современным РЕТ-сканерам по годам
- Учет характеристик применяемых сцинтилляторов при разработке электронной системы обработки данных детектора РЕТ-сканера
- Классификация известных вариантов детекторов РЕТ-сканеров для учета параметра DOI
- Методика параметризации моделей для использования в конкретных приложениях
Введение к работе
РЕТ-томография на сегодняшний день является наиболее информативным методом диагностики. РЕТ-томографы для построения изображения используют информацию, получаемую за счет выделения позитронов при распаде некоторых короткоживущих изотопов или радионуклидов. Позитроны испускаются ядрами изотопов кислорода, фтора, углерода и рубидия [43]. При встрече позитрона с электроном происходит аннигиляция, в результате которой рождаются два гамма-кванта, регистрируемые детекторами. Сигналы от детекторов обрабатываются электронной системой, которая позволяет реконструировать двумерное, либо трехмерное изображение.
В настоящее время существует ряд фирм, специализирующихся на разработке РЕТ-сканеров, наиболее известными из которых являются: HITACHI, SIEMENS, TOSHIBA.
Проведенный анализ современного состояния и перспектив развития РЕТ-сканеров позволил сформулировать основные требования к новому поколению сканеров, предполагающих широкое использование специализированных многоканальных СБИС со структурой система на кристалле (SOC), новых сцинтилляционных материалов типа LYSO, а также многоанодных, позиционно-чувствительных ФЭУ и полупроводниковых детекторов, в том числе - твердотельных кремниевых ФЭУ Среди основных требований следует выделить:
- равномерная чувствительность во всем рабочем объеме сканера,
- возможность обработки импульсов для временного окна порядка 1нс,
- возможность определения времени пролета - TOF,
- возможность учета глубины взаимодействия для кристаллов сцинтиллятора с поперечными размерами не более 1мм х 1мм,
- использование технологии временных меток,
- высокая технологичность и невысокая стоимость сканера, особенно, ориентированного на отечественный рынок.
Существующие РЕТ-сканеры в России современны, но их достаточно мало. В основном используются зарубежные системы.
Проведенный анализ патентной документации и научно-технической информации показал, что применяемые на практике варианты построения электронных узлов обработки данных ПЧ ФЭУ в РЕТ-сканерах в основном базируются на структурных и схемотехнических решениях, рекомендованных фирмами-производителями [52]. Данным решениям характерен ряд недостатков, ограничивающих функциональные возможности ПЧ ФЭУ: нелинейная и неоднозначная АПХ в периферийной зоне ПЧ ФЭУ; потеря чувствительности в угловых зонах прибора; наличие «мертвых зон» между соседними фотодетекторами при их расположении в виде матрицы.
Создание электронных узлов обработки данных, получаемых от ПЧ ФЭУ, способных обрабатывать полезные события в периферийной и угловой зонах детектора, позволит повысить эффективность работы всего РЕТ-сканера. Отсутствие в открытой печати документации об электронных узлах, применяемых в современных РЕТ-сканерах, обусловливают актуальность разработки отечественных электронных узлов для РЕТ-сканера высокого разрешения.
Разработка аналоговых и цифровых электронных узлов для современных РЕТ-сканеров нового поколения становиться возможной на основе композиционного подхода [89, 90, 94], предполагающего совместное моделирование как электронной части функционального узла обработки данных, так и оптического тракта передачи сигнала, включая распространение светового потока в кристалле сцинтиллятора, световоде, корпусе детектора (ФЭУ), а также в самом детекторе. При этом для композиционного моделирования предполагается использовать унифицированные программные средства моделирования типа системы ORCAD, включенной в САПР Cadance, либо аналогичные средства моделирования для САПР Mentor Graphics.
Целью диссертационной работы является создание и развитие методик проектирования электронных узлов многоканальных систем обработки данных для современных РЕТ-сканеров высокого разрешения на основе композиционного подхода к разработке моделей функциональных узлов детектора, что позволяет повысить эффективность использования современной элементной базы - позиционно-чувствительных ФЭУ и обеспечить более высокие технико-экономические показатели на уровне всей системы.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи;
1. Обзор и анализ патентной и научно технической информации по РЕТ-сканерам на предмет выделения перспективных технологических и технических решений, используемых ведущими фирмами - разработчиками РЕТ-сканеров, в первую очередь - в области средств и методов обработки данных для получения предельного пространственного разрешения.
2. Анализ общей структуры современных РЕТ-сканеров высокого разрешения, принципов действия РЕТ-сканеров. Анализ основных функциональных узлов РЕТ-сканеров.
3. Выделение обобщенной структуры для электронной системы обработки данных в РЕТ-сканере, ориентированной на определение параметра DOI при использовании ПЧ фото детекторов.
4. Классификация современных РЕТ-сканеров с учетом возможности определения параметров DOI и TOF (Time of Flight).
5. Формулирование требований на изготовление многоканальной системы сбора и обработки данных в виде модулей SiP и СБИС со структурой SOC.
Научная новизна работы заключается в решении следующих задач:
1. Представлена классификация методов измерения параметра DOI для определения координаты Z полезного события в кристалле сцинтиллятора, ориентированных на использование ПЧ фотодатчиков (ФЭУ).
2. Разработана методика проектирования аналоговых узлов обработки данных с учетом реальных характеристик применяемых детекторов, а также современных средств автоматизированного проектирования узлов РЭА.
3. Разработаны одномерные ID и двумерные 2D модели входных узлов электронных блоков, предназначенные для работы с современными детекторами, а также учитывающие погрешности, вносимые оптической системой РЕТ-сканера. Модели ориентированы на использование в составе САПР OrCAD.
4. Разработаны модели функциональных блоков, позволяющие определять основные характеристики РЕТ-сканера на этапе проектирования.
5. Разработана методика параметризации созданных моделей входных блоков РЕТ-сканера.
Практическая значимость работы обусловлена:
1. Созданием базового набора модулей для построения современных РЕТ-сканеров высокого разрешения, а также мини РЕТ-сканеров на основе современной электронной базы при использовании разработанных методик проектирования.
2. Разработкой прототипа электронной системы обработки данных в современном РЕТ-сканере для ограниченного числа каналов.
3. Созданием тестовых, диагностических и отладочных аппаратных и программных средств для аналоговых и цифровых электронных модулей.
4. Созданием тестовых, диагностических и отладочных аппаратных и программных средств для электронной системы РЕТ-сканера.
5. Созданием специализированного программного обеспечения для работы с модулями РЕТ-сканера.
Реализация результатов
Основные результаты диссертации использовались:
- при выполнении хоздоговора №84-3-003-896 «Исследование и разработка структурной схемы многоканального аналого-цифрового модуля обработки данных для отечественного мини-РЕТ-сканера для животных на основе высокопроизводительных субмодулей цифровой и аналоговой обработки NLS», 2004-2006г.г.,
- при выполнении госбюджетной НИР №02-Г-003-013 «Создание математической модели для реконструкции трехмерного изображения с использованием быстродействующих нейросетей реального времени, изучение прототипов модулей для обработки данных», 2006г.,
- в учебном процессе при модернизации лекционного курса и лабораторных работ по курсу «Проектирование электронных систем» на кафедре Электроники МИФИ для групп А9-04, А9-05, И8-03.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Методика проектирования аналоговых узлов обработки данных с учетом реальных характеристик применяемых детекторов, а также современных средств автоматизированного проектирования узлов РЭА с применением САПР Cadence и Mentor Graphics.
2. Модели входных узлов электронных блоков, предназначенных для работы с современными детекторами, а также учитывающие погрешности, вносимые оптической системой РЕТ-сканера.
3. Модели функциональных блоков, позволяющие определить основные характеристики РЕТ-сканера на этапе проектирования.
4. Методика параметризации созданных моделей входных аналоговых блоков РЕТ-сканера.
5. Базовый набор модулей для построения электронных систем обработки данных в РЕТ-сканерах высокого разрешения, а также мини РЕТ- сканерах на основе современной электронной базы при использовании созданных методик проектирования.
Анализ патентной информации по современным РЕТ-сканерам по годам
Из приведенных данных видно, что наблюдается устойчивый рост активности ведущих компаний - производителей РЕТ-сканеров. Так, в период с 2000г. по середину 2006г. объем подаваемых патентов возрос примерно в 13 раз. Таким образом, во всем мире наблюдается всплеск активности, обусловленный, с одной стороны, успехами интегральной технологии по производству многоканальных быстродействующих микросхем со структурой SOC, и, с другой стороны, освоением ряда новых сцинтилляторов, таких, как LYSO.
Немаловажным фактором является также освоение производства многоканальных ФЭУ, что позволило существенно уменьшить стоимость современных РЕТ-сканеров. В этом плане стоит отметить японскую фирму Hamamatsu, производящую как классические ФЭУ, так и многоанодные (например, 64 канала в одном приборе) ФЭУ, а также позиционно-чувствительные ФЭУ, полупроводниковые детекторы излучения. На рис. 1.3 представлены результаты анализа патентной и научно технической информации на предмет выявления ведущих компаний -разработчиков и производителей РЕТ-сканеров.
Из приведенной таблицы видно, что ведущими компаниями по разработке современных РЕТ-сканеров (по критерию число поданных патентов) являются следующие: CTI PET Systems Inc., Hitachi Corporation, Elgems Ltd. Проведенный анализ тематик решаемых в патентах задач позволил выявить ряд тенденций в развитии современных РЕТ-сканеров. В табл. 1.2 приведен перечень тематик решаемых в патентах задач, расположенных в порядке их значимости (числу патентов, направленных на их решение).
Анализ тематик решаемых задач проводился на основе изучения материалов патентов за последние пять лет [56-61].
Из приведенных в таблице данных видно, что наиболее важным направлением развития современных РЕТ-сканеров является обработка данных для улучшения качества получаемого изображения. Для этой цели используются как высокопроизводительные аппаратные средства (многоядерные сигнальные процессоры, заказные БИС и СБИС), так и программные модули. Задачи, связанные с коррекцией данных в РЕТ-сканере, занимают второе место. Задачи, связанные с реализацией режима РЕТ-сканера в гамма-камере, а также с созданием новых детекторов излучения, занимают соответственно третье и четвертое места.
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 современном РЕТ-сканере, для данных задач все еще не найдено достаточно эффективных решений. С этой точки зрения представленные в патентной документации решения в основном носят частный характер, дающими выигрыш только в определенных условиях применения. В этом плане создание научных основ проектирования в первую очередь электронных узлов для современных РЕТ-сканеров, позволяющих повысить эффективность обработки полезных событий, 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 РЕТ-сканерам дает возможность сделать следующие выводы: 1. В последние годы наблюдается устойчивый рост числа поданных патентов, направленных на защиту технических решений в области создания новых конструкций детекторов для РЕТ-сканеров, включая конструкцию коллиматора, конструкцию матрицы сцинтилляторов, конструкцию детекторов гамма-излучения, а также электронных систем обработки данных, включая аналоговые и цифровые узлы. 2. По общему числу поданных заявок на получение патентов первое место занимает США. Второе и третье места занимают соответственно Япония и Израиль. 3. Ведущими компаниями по числу поданных заявок на получение патентов являются CTI PET Systems Inc., Hitachi Corporation, Elgems Ltd. 4. Среди задач, решаемых с помощью патентов, следует выделить обработку данных для улучшения качества изображения, получаемого в РЕТ-сканере, а также коррекцию данных в РЕТ-сканере. 5. Проведенные патентные исследования не позволили выявить структурных и схемотехнических решений, дающих возможность повысить эффективность обработки полезных событий в периферийной зоне детектора. Известные способы использования ПЧ фотодетекторов не выходит за рамки штатных режимов, рекомендованных фирмой - производителем устройства. 6. Для задач, связанных с коррекцией данных, а также с улучшением качества изображения, получаемого в РЕТ-сканере, все еще отсутствуют эффективные решения, что обусловливает актуальность исследований в этой области. Среди таких задач в первую очередь следует выделить следующие
Учет характеристик применяемых сцинтилляторов при разработке электронной системы обработки данных детектора РЕТ-сканера
Применяемые в РЕТ-сканерах материалы сцинтилляторов ориентированы на эффективную регистрацию гамма-излучения, получаемого с помощью РФП, вводимого пациенту. Одной из основных характеристик РФП является его энергетический спектр.
РФП для PET обычно производят при помощи циклотрона, который располагается рядом со сканером [59, 91]. Циклотрон используется для получения протонного пучка с энергией 17 МэВ, или дейтонного луча с энергией 8,5 МэВ. Этот пучок направлен на мишень, заполненную материалом для производства таких типичных радионуклидов, как: ПС, 150, 18F. Соответствующие реакции приведены в табл.2.3.
Во время пролета а- и /?-частиц в биотканях длина их свободного пробега слишком мала для визуализации in vivo распределения радиоизотопов с помощью внешних (по отношению к телу) детекторов [37, 48, 59, 73]. Рентгеновское и у -излучение распространяются в биотканях более эффективно. При низких энергиях (до ЮОкэВ) рентгеновское и у-излучение сильно ослабляется тканями организма вследствие фотоэлектрического поглощения. При энергиях свыше ЮОкэВ преобладающим эффектом становится комптоновское рассеяние фотонов. Увеличение поглощения за счет образования пар происходит при энергиях фотонов свыше 1 МэВ.
Таким образом, восстановление 2D и 3D изображения в РЕТ-сканере основывается на использовании РФП, испускающих -кванты с энергией выше 50 кэВ. Зависимость относительного коэффициента пропускания гамма-квантов мягкими тканями человека от их энергии показана на рис.2.6 [73]. Типичное значение энергии регистрируемых в РЕТ-сканере гамма-квантов составляет 511 кэВ.
Сцинтилляционные детекторы используются для повышения эффективности регистрации у -квантов с энергиями порядка 100-ЮООкэВ. В настоящее время в детекторах РЕТ-сканеров преимущественно используются неорганические кристаллы [5, 9, 12, 14, 18, 23, 30, 31, 36, 38, 41, 51, 73]. Преимуществами неорганических сцинтилляторов являются: большая энергия излучения из-за высокой плотности (высокое атомное число Za), высокий световой выход. Указанные преимущества позволяют улучшить энергетическое разрешение, что делает их чрезвычайно удобными для регистрации гамма-квантов в РЕТ-сканерах.
Для эффективной регистрации у - квантов с энергией 511 кэВ, необходимо использовать сцинтиллятор, который должен удовлетворять следующим основным требованиям [3, 4, 38, 41, 42, 50, 51, 53-56, 73]: высокий эффективный атомный номер Za; небольшая длина пробега гамма-кванта; высокое сечение фотоэффекта; короткое время высвечивания; высокий световыход; хорошее энергетическое разрешении; длина волны высвечивания 400 нм; коэффициент преломления порядка 1,5.
К наиболее перспективным материалам в настоящее время следует отнести структуры на основе силикатов лютеция, известные как LSO и LYSO [30,31, 37]. Чаще всего в современных РЕТ-сканерах используется в качестве сцинтилляторов сцинтилляторы типа - Bi4Ge30i2 (германат висмута, или BGO) [5, 36,43]. BGO имеет значительно больше световой выход, чем BaF2 (фторид бария) и это дает BGO преимущество в эффективности. С другой стороны, BaF2 имеет значительно лучшее время высвечивания, что делает этот сцинтиллятор более пригодным для применений в системах класса Р6, где необходимо определение параметра DOI. Сцинтиллятор BGO также используется в РЕТ-сканерах класса Р5 с целью увеличения энергетического разрешения всей системы. Благодаря своей высокой плотности и большому атомному номеру германат висмута (BGO) обеспечивает чувствительность примерно в 3 раза выше, чем йодистый натрий (Nal), и поэтому его используют практически во всех современных ПЭТ-сканерах.
В РЕТ-сканерах шестого поколения Р6, учитывающих параметр TOF, временные параметры имеют критическое значение, поэтому здесь выгоднее использовать BaF2. Данный материал в настоящее время является наиболее быстрым из известных сцинтилляторов, подходящим для регистрации гамма-квантов с энергией 511 КэВ. В табл.2.4 приведены сравнительные характеристики трех наиболее часто применяемых сцинтилляционных материалов [59, 73].
Приведенные характеристики типичных сцинтилляторов дают возможность определить параметры модели световой вспышки (сцинтилляции), которые необходимо учитывать при моделировании в первую очередь аналоговых электронных узлов РЕТ-сканера высокого разрешения.
Проведенный анализ характеристик сцинтилляторов, а также возможных режимов обработки данных при определении параметра DOI позволил выделить следующие основные модели световой вспышки, которые необходимо учитывать при разработке электронных блоков РЕТ-сканера высокого разрешения. В табл.2.5 представлены четыре класса моделей, предназначенных для описания характеристик световой вспышки для разных сцинтилляторов.
Модель первого класса SD-0-1 является однокомпонентной и описывает эффект эмиссии света после возбуждения и ионизации в сцинтилляторе. Модель класса SD-0-1 имеет следующий вид:
Общий вид световых импульсов, получаемых в соответствии с данной моделью, представлен на рис.2.7. Особенностью модели данного класса является нулевое время нарастания переднего фронта.
Некоторые сцинтилляторы, использующиеся в РЕТ-сканерах, сделаны на основе материала BaF2. Материал BaF2 характеризуется наличием двух излучающих компонент. Поэтому в моделях световой вспышки для сцинтилляторов данного класса необходимо использовать двухкомпонентные модели. Модель второго класса SD-0-2 является двухкомпонентной и описывает эффект эмиссии света после возбуждения и ионизации в быстром сцинтилляторе.
Классификация известных вариантов детекторов РЕТ-сканеров для учета параметра DOI
Наиболее простой конструкцией детектора РЕТ-сканера, предполагающего использование только одного сцинтилляционного кристалла [29], является конструкция, изображенная на рис.3.4. В соответствии с предложенной классификацией конструкция относится к классу DOI-2-І-І. Определение параметра DOI осуществляется за счет анализа амплитуд импульсов, зарегистрированных фото детектором ] и фотодетектором 2. В зависимости от глубины взаимодействия гамма-кванта с веществом сцинтиллятора световые потоки, регистрируемые верхним и нижним фотодетекторами, отличаются друг от друга. Основным недостатком данной системы является необходимость использования двух независимых фотодетекторов, что усложняет и удорожает всю конструкцию.
Определить параметр DOI возможно и при использовании одного фотодетектора [29]. Наиболее простая конструкция, предполагающая использование одного фотодетектора, показана на рис.3.5. Конструкция относится к классу DOI-1-1-2. Параметр DOI в данной конструкции определяется за счет формирования электрических импульсов с различными параметрами, например, длительность и амплитуда. Основным недостатком такой системы является недостаточно точное определение параметра DOI - с точностью до середины верхнего, либо нижнего кристаллов сцинтиллятора. Для улучшения пространственного разрешения необходимо использовать большее число слоев сцинтилляторов.
Использование специальных поглощающих слоев дает возможность осуществить идентификацию сцинтилляционного слоя, в котором произошло взаимодействие гамма-кванта, даже при использовании одного и того же сцинтиллятора. Параметр DOI в таком случае определяется исходя из разных регистрируемых амплитуд импульса. На рис.3.6 показан пример такого решения класса D01-1-2-3.
Использование сдвига одного слоя сцинтилляторов относительно другого слоя также позволяет определить параметр DOI. В этом случае необходимо использовать позиционно-чувствителытые фотодетекторы, так как информация об активном слое сцинтиллятора находится в смещении координат X и Y на величину половины периода размещения кристаллов сцинтиллятора. Типичная структура детектора для данного случая представлена на рис.3.7. Устройство относится к классу D01-1-2-4.
Для более точного определения параметра DOI необходимо использовать большее число слоев сцинтилляторов [29]. Например, на рис.3.8 представлена конструкция детектора класса DOI-1-4-5. В данном случае также необходимо использовать позиционно-чувствительные фото детекторы, так как информация об активном слое сцинтиллятора находится в смещении координат X и Y на величину половины периода размещения кристаллов сцинтиллятора. В качестве позиционно-чувствительных детекторов обычно используют соответствующие ФЭУ фирмы HAMAMATSU. Четыре возможных слоя кодируются четырьмя возможными комбинациями смещений dX и dY - соответственно dX = +1 и dY = +1, dX - +1 и dY - -1, dX --1 и dY - -1, dX --1 и dY = +1.
Определенный выигрыш в разрешающей способности можно получить при использовании тонких полупроводниковых детекторов [29]. Типичная конструкция детектора для такого случая класса DOI-2-2-1 представлена на рис.3.9. В данном случае детектор практически состоит из двух независимых детекторов, расположенных друг над другом. Число слоев таких детекторов может достигать 3-4. Основным недостатком такой конструкции является высокая стоимость, а также наличие дублирующей электроники.
Методика параметризации моделей для использования в конкретных приложениях
Основными решаемыми задачами являются: 1. Определение параметров моделей световых вспышек. Результатом выполнения данной шага являются значения амплитудно временных параметров источников электрических импульсов - источников тока и напряжения, использующихся в данных моделях. Критерием выбора параметров является наилучшее соответствие экспериментальным данным минимум СКО. В качестве возможных вариантов моделей световых вспышек предполагается использование четырех типов моделей - SD-0-1, SD-0-2, SD-1-1 и SD-1-2, представленных в табл.2.5. 2. Определение параметров моделей оптического тракта. Результатом выполнения данной шага являются значения параметров электрических цепей - резисторов Ri, конденсаторов Сі, индуктивностей Li, использующихся в данных моделях. Критерием выбора параметров является наилучшее соответствие экспериментальным данным - минимум СКО. 3. Определение параметров моделей позиционно-чувствительных, либо многоанодных фотодетекторов. Результатом выполнения данной шага являются значения параметров электрических цепей - резисторов Ri, конденсаторов Сі, индуктивностей Li, использующихся в данных моделях. Критерием выбора параметров является наилучшее соответствие экспериментальным данным - минимум СКО. 4. Определение параметров моделей входных аналоговых трактов. Для решения данной задачи используются модели стандартных электронных компонентов из библиотек САПР OrCAD. 5. Определение параметров моделей функциональных аналоговых узлов. Для решения данной задачи используются модели стандартных электронных компонентов из библиотек САПР OrCAD. Результатом применения представленной методики на практике явилось определение параметров одномерных и двумерных моделей, представленных в главе 4 (номиналы использующихся сопротивлений Ri, емкостей Сі и индуктивностей Li).
Все разработанные модели ориентированы на использование конкретных типов операционных усилителей, компараторов и других интегральных микросхем, например, быстродействующих операционных усилителей AD8041. При использовании других интегральных компонентов необходимо изменение параметров всей электронной схемы, применяемой для моделирования АПХ электронного блока определения координат.
Таким образом, разработанные модели позволяют не только исследовать АПХ ПЧ ФЭУ, но также являются основой для синтеза схемотехнических решений, используемых при разработке электронных узлов и блоков. С этой точки зрения разработанные модели следует также рассматривать как библиотечный набор схемотехничбеских решений, ориентированных на использование в многоканальной электронной системе обработки данных современного РЕТ-сканера. Рассмотренная методика была использована при проектировании электронных аналоговых узлов для определения параметра DOI в РЕТ-сканере при использовании позиционно-чувствительных ФЭУ.
Таким образом, на основе проведенного анализа характеристик основных узлов современных РЕТ-сканеров высокого разрешения решен ряд актуальных научных и практических задач, сформулированных во второй главе: 1. Созданы специализированные одномерные модели входных узлов электронных блоков, предназначенных для работы с современными координатно-чувствительными фотодетекторами, а также учитывающих погрешности, вносимые оптической системой РЕТ-сканера. 2. Созданы специализированные двумерные модели входных узлов электронных блоков, предназначенных для работы с современными координатно-чувствительными фотодетекторами, а также учитывающих погрешности, вносимые оптической системой РЕТ-сканера. 3. Разработана методика параметризации одномерных и двумерных моделей, позволяющая определить основные параметры используемых компонентов на основе экспериментальных данных. 4. Разработанные модели позволяют не только исследовать АПХ ПЧ ФЭУ, но также являются основой для синтеза схемотехнических решений, используемых при разработке электронных узлов и блоков 5. Созданные модели ориентированы на использование в рамках существующих интегрированных САПР Cadence, либо Mentor Graphics.
