PET成像前端集成电路设计 9787121311253 电子工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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高武 著

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• 电子工业出版社
• 9787121311253
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• 电路设计

店铺： 晚秋画月图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121311253

商品编码：29576745324

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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探索微观世界的“眼睛”：PET成像技术与前端电子学的深度融合 在现代医学诊断领域，非侵入式成像技术扮演着至关重要的角色，它们如同医生的“火眼金睛”，帮助我们拨开疾病的迷雾，洞察身体内部的细微变化。在众多先进的成像技术中，正电子发射断层扫描（PET）以其独特的优势，在肿瘤检测、神经科学研究、心血管疾病评估等方面展现出巨大的潜力。PET成像的强大功能，离不开其核心组件——先进的探测器和精密的信号采集系统。本书将带您深入探究PET成像系统中至关重要的一环：前端电子集成电路的设计，揭示如何将微观世界中的信号转化为清晰可辨的医学影像。 PET成像原理：捕捉粒子的“痕迹” 要理解前端电子集成电路的设计，首先需要了解PET成像的基本原理。PET技术利用放射性同位素标记的示踪剂（如¹⁸F-FDG），这些示踪剂在体内衰变时会释放出正电子。正电子在体内飞行极短的距离后，与周围的电子发生湮灭反应，产生一对能量为511 keV的伽马光子，这对光子以180°的方向背离。PET探测器阵列正是为了捕捉这对伽马光子而设计的。当一对伽马光子先后（或近似同时）被探测器探测到时，就可以确定一对探测器之间的连线，这条连线被称为“符合事件线”。通过对大量符合事件线进行数据采集和重建计算，最终可以绘制出体内放射性示踪剂分布的三维图像，从而反映出组织的代谢活动、血流情况或特定分子的结合状态。 前端电子学：从光子到数据的“桥梁” PET探测器通常由闪烁体材料和光电传感器组成，闪烁体在吸收伽马光子时会发光，而光电传感器（如光电倍增管PMT或硅光电倍增管SiPM）则将闪烁体发出的微弱光信号转化为电信号。然而，这些原始电信号非常微弱，且伴随着噪声，直接进行处理存在诸多挑战。这就是前端电子集成电路发挥作用的地方。 前端电子集成电路是PET探测器与后端数据采集系统之间的关键接口。其主要任务包括： 信号放大与整形： 将光电传感器输出的微弱电信号进行放大，使其达到后续电路可以处理的幅度。同时，还需要对信号波形进行整形，滤除噪声，提取出有用的信号特征，如脉冲的高度（与光子能量相关）和到达时间（与事件位置和时间戳相关）。 噪声抑制： PET探测器容易受到各种噪声的干扰，包括热噪声、读出噪声、串扰噪声等。前端电路需要设计有效的噪声抑制机制，以提高信号的信噪比。 多通道并行处理： 现代PET系统通常集成了大量的探测器通道，以提高空间分辨率和探测效率。前端电子学需要能够高效、并行地处理这些通道的信号，并尽可能减少通道之间的串扰。 时间信息获取： 精确测量伽马光子到达探测器的时间对于实现时间飞行（Time-of-Flight, TOF）PET至关重要。TOF-PET能够利用光子飞行时间的微小差异来缩小符合事件线的不确定性范围，从而显著提高图像质量和降低辐射剂量。前端电子电路在精确测量时间信息方面起着决定性作用。 能量信息获取： 测量伽马光子的能量是PET成像中的一项重要功能，可以用于区分不同能量的光子，以及剔除散射事件，提高图像的准确性。前端电路需要具备精确测量脉冲幅度的能力。 接口与通信： 前端电子电路需要将处理后的数字或模拟信号有效地传输给后端的数字信号处理单元和数据采集系统。这涉及到高性能的接口设计和高效的通信协议。 集成电路设计：微观世界的精密工艺 将上述功能集成到一个或多个芯片上，是现代PET前端电子学的发展趋势。集成电路（IC）设计能够显著减小电路的体积、功耗和成本，同时提高性能和可靠性。在PET成像领域，对集成电路设计提出了更高的要求： 高灵敏度与低噪声： 探测的伽马光子能量较低，产生的初始电信号非常微弱，因此前端放大电路必须具备极高的灵敏度和极低的噪声，以保证能够有效捕捉和处理这些信号。 高带宽与快速响应： PET系统需要快速响应光电探测器发出的信号，尤其是在需要精确时间测量时。前端电路需要具备足够的带宽，以处理快速变化的信号，并最小化时间延迟。 低功耗： PET探测器可能集成在密闭的扫描设备内部，散热条件有限。因此，前端电子电路的设计需要考虑低功耗，以降低设备的整体功耗和发热量。 高集成度： 随着半导体工艺的不断进步，可以在单个芯片上集成更多的功能单元，从而实现更高的集成度。这有助于减小系统体积，降低制造成本，并提高系统的稳定性。 抗干扰能力： PET扫描环境中可能存在电磁干扰，前端电路需要具备良好的抗干扰能力，以保证信号的准确性。 工艺选择与优化： 不同的半导体工艺（如CMOS、BiCMOS等）各有优缺点。针对PET前端电子学的特定需求，需要选择合适的工艺，并进行精细的优化，以达到最佳的性能指标。 深入探索：本书将为您揭示的精彩内容 本书将围绕PET成像前端集成电路的设计，为您提供一个全面而深入的视角。我们将系统地探讨以下关键领域： 信号放大器的设计： 从跨阻抗放大器（TIA）到跨电压放大器（VCA），我们将详细分析各种放大器拓扑结构在PET前端应用中的优势和局限性。重点关注如何设计出高增益、低噪声、宽带宽的放大器。 信号整形与滤波技术： 探讨如何利用差分信号处理、移位寄存器、延迟线等技术对脉冲信号进行精确整形，以及如何设计各种滤波器（如高斯滤波器、巴特沃斯滤波器）来有效抑制噪声。 时间测量电路设计： 深入研究如何利用延迟锁定环（DLL）、锁相环（PLL）等技术实现高精度的时间测量，以及如何设计能够捕捉纳秒级甚至皮秒级时间分辨率的前端电路，以支持TOF-PET技术。 能量测量电路设计： 介绍如何利用积分器、峰值检测器等电路实现对脉冲幅度的精确测量，以及如何将能量信息用于事件甄别和质量控制。 多通道数据采集与接口： 探讨如何设计高性能的多通道ADC（模数转换器）和高效的串行通信接口，以满足PET系统对数据吞吐量的需求。 低功耗设计技术： 分析各种低功耗设计策略，如时钟门控、电源门控、动态电压频率调整（DVFS）等，如何在满足性能要求的同时，最大程度地降低功耗。 片上系统（SoC）集成： 探讨如何将多个功能模块集成到单个芯片上，实现高度集成化的PET前端解决方案，并分析其带来的优势和挑战。 实际应用与案例分析： 结合当前PET成像技术的发展趋势，我们将分析一些先进的前端电子设计实例，展示理论知识在实际工程中的应用。 面向读者： 本书面向对PET成像技术、电子集成电路设计、医学物理、生物医学工程等领域感兴趣的读者。无论您是正在进行相关研究的研究生、资深的电子工程师，还是希望深入了解PET成像原理的医务人员，本书都将为您提供有价值的参考和启发。 本书的价值： 通过对PET成像前端集成电路设计的深入剖析，本书旨在帮助读者： 建立坚实的理论基础： 深刻理解PET成像的原理以及前端电子学在其中的关键作用。 掌握核心设计方法： 学习和掌握设计高性能PET前端电子电路的关键技术和方法。 洞察技术发展前沿： 了解当前PET成像前端电子学领域的最新研究进展和发展趋势。 激发创新灵感： 为未来的PET系统设计和技术创新提供思路和方向。 在微观世界与宏观医学之间，PET成像前端电子集成电路扮演着不可或缺的“桥梁”角色。本书将带领您一同走进这个精密而充满挑战的设计领域，揭示如何通过智慧的电路设计，为医学诊断的进步贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本《PET成像前端集成电路设计》（书号：9787121311253，电子工业出版社）的标题着实吸引人，但如果从一个刚接触PET设备，或者更侧重于临床应用角度的读者来看，可能会感觉这本书的切入点过于深入和专业化了。我原本期望能看到更多关于PET成像原理的宏观介绍，比如不同放射性示踪剂的生物学基础、扫描流程的标准化操作，甚至是一些常见临床应用案例的分析，比如肿瘤的早期筛查或者心肌代谢的研究。然而，这本书的聚焦似乎完全落在“前端集成电路设计”这个核心技术环节上，这对于我这种背景的读者来说，无疑是一道高墙。我希望能找到一些关于如何解读PET图像、如何区分不同病灶的影像特征的入门级指南，哪怕只是简单介绍一下PET/CT或PET/MR融合图像的优势和局限性。目前来看，这本书更像是为电子工程、微电子学专业的学生或专业工程师准备的“硬核”技术手册，而非面向广大生物医学工程或临床放射科医生的普及读物。这种专业领域的壁垒，使得它在跨学科交流的桥梁作用上显得相对薄弱，着实令人有些遗憾，我希望未来的相关书籍能在保持技术深度的同时，也能为非专业背景的读者提供更友好的接入点。

评分☆☆☆☆☆

我抱着极大的好奇心翻开了这本书的目录，但很快发现它完全浸泡在半导体物理、模拟电路设计和高速数据采集的海洋中。作为一名长期关注医学影像数据处理和算法优化的研究者，我更感兴趣的是如何从采集到的原始信号中提取出更精确、信噪比更高的信息，比如新的信号重建算法、图像去噪技术，或是如何利用机器学习来辅助病灶的自动识别和定量分析。这本书似乎跳过了这些“应用层”的优化，直接扎根于最底层的硬件实现。比如，它可能详细讨论了如何设计低噪声放大器（LNA）和阈值设定电路，这些内容对于理解PET探测器信号链的物理极限至关重要，但对于我来说，这些细节显得过于微观和耗费精力去消化。我更倾向于寻找关于前端电路性能指标（如时间分辨率、能量窗口设置）如何直接影响到最终图像质量的量化分析，而不是深入到版图布局和晶体管参数的选择。如果书中能多加入一些将电路性能与最终临床指标（如SUV值准确性、最小可检测病灶大小）挂钩的案例分析，那对于我们这些“算法派”的读者来说，无疑是更具价值的指引，而不是纯粹的电路设计教科书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和术语密度，让我不得不承认，它显然不是为非专业背景的读者设计的“轻松读物”。那种密集的公式推导、对CMOS工艺节点的反复提及，以及对特定集成电路架构的详细阐述，让阅读过程更像是一场需要全神贯注的“攻坚战”。我原本是想了解PET探测器阵列的布局策略和它们在空间分辨率上的贡献，或者说，如何通过优化前端电路来最大限度地捕获闪烁体产生的微弱光信号。然而，书中呈现的是关于如何设计高精度时间分辨芯片（TDC）的细节，这无疑是PET系统时间分辨能力的关键，但对于我这种更关注整体系统性能而非单个模块实现的读者来说，吸收效率并不高。我更希望能看到不同设计方案之间的权衡分析——比如，采用哪种前端架构可以在功耗、成本和时间分辨率之间取得最佳平衡？这种系统级的决策视角在书中似乎被分散到了极其细微的电路层面，导致我们难以形成一个清晰的、自上而下的认知框架。

评分☆☆☆☆☆

从一个长期从事医疗设备系统集成的角度来看，我关注的重点在于不同子系统之间的接口兼容性、系统的热管理和长期运行的可靠性。PET系统是一个复杂的机电光一体化系统，前端电路的性能直接受限于热噪声、串扰以及与后端数字处理单元的数据传输速率。这本书似乎完全沉浸在理想化的电路仿真和设计环境中，缺乏对“真实世界”的考量。例如，在一个连续工作的PET扫描仪中，如何处理大面积探测器阵列的供电均匀性？如何设计前端电路以应对不同环境温度下的漂移问题？这些与工程实现和临床维护息息相关的实际问题，在本书中几乎找不到着墨。我的期望是，如果能有一章专门讨论“从芯片到系统”的挑战，分析前端电路在实际PET设备中可能遇到的非理想因素及其对图像质量的综合影响，那对于系统工程师而言，这本书的价值将大大提升，而不仅仅是一本专注于硅片层面的理论著作。

评分☆☆☆☆☆

对于想要快速了解PET成像系统前端技术发展前沿的人来说，这本书的深度令人印象深刻，但它的切入点过于“底盘化”，导致对于像我这样希望掌握整个技术谱系的读者来说，它只覆盖了最底部的一层。我期待的“前端设计”应该包括更宽泛的领域，比如新型光电倍增管（PMT）或硅光电倍增管（SiPM）的特性匹配、高速脉冲整形技术的演进，乃至于这些电路如何支持未来PET系统向更高计数率、更快扫描速度发展的需求。这本书似乎更倾向于阐述现有成熟技术的优化，而非对未来突破性技术的探索性展望。缺乏对前沿传感器技术与前端电路接口的交叉研究，使得这本书略显“保守”。如果能结合对下一代闪烁体材料的响应特性进行讨论，并提出相应的前端电路设计思路，那它将不再仅仅是一本关于特定技术实现的参考书，而会成为引导未来PET前端技术方向的指南，从而更具前瞻性和启发性。