一种时钟校准方法、装置与系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种时钟校准方法、装置与系统。该方法包括：选定N个基准时钟中的任一基准时钟作为参考时钟；在除参考时钟外的基准时钟里确定待校准时钟；测量当前时刻参考时钟的任一上升沿和待校准时钟的任一上升沿之间的时间差，或，参考时钟的任一下降沿和待校准时钟的任一下降沿之间的时间差；将所述时间差反馈给待校准时钟的发生装置，以便发生装置根据所述时间差调整待校准时钟的相位至与参考时钟相同，以完成时钟的校准。本发明提供的技术方案，通过对多个基准时钟进行校准，可以使得在PET系统中，探测到光子的时刻的测量标准相同，保证了计时的准确性，进而保证湮灭反应位置的确定更为准确。
【专利说明】一种时钟校准方法、装置与系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及时间同步【技术领域】，特别是涉及一种时钟校准方法、装置与系统。
【背景技术】
[0002]PET (Positron Emission Tomography,正电子发射断层)显像是当前核医学最高水平的标志，能在分子水平上反映人体是否存在病理生理变化，因此又称之为生化显像或分子显像。其基本原理包括注入体内的放射性核素在衰变过程中产生的正电子湮灭反应和符合探测原理，具体如下:
[0003]PET成像首先需要在人体内注射放射性的生物示踪药物，这些药物中的放射性元素是人体或动物体内存在的必需元素或在某种程度上能取代必需元素(如:碳、氮、氧、氟等)的同位素，对人体无害。被合成的生物示踪药物会注入人体内，并以人体或动物体内化合物的“身份”参与体内器官、组织、细胞的生命活动。由于生物示踪药物通常是富质子的核素，在生物示踪药物参与动物或人体生命活动的过程中，核素会发生衰变，在衰变过程中核素会产生正电子(β +)，正电子的质量与电子相等，电量与电子的电量相同，只是符号相反。注入体内的放射性核素所发射出的正电子在人体内移动大约Imm后将会与人体内的负电子结合发生湮灭反应，如图1所不，正负电子湮灭时产生两个能量相同(511keV)方向相反的Y光子。然后，用相对放置的两个探测器来探测产生的光子，探测光子的过程是由闪烁晶体将Y光子转为荧光，光电倍增管(PMT)将光信号转化为电信号。前端电子电路对光电倍增管输出的电脉冲信号进行滤波和放大后，从中得到Y光子的能量信息和到达时间信息，由于两个光子在人体内的运动路径不同，到达两个探测器的时间会有一定差别，如果在规定的时间内，探测器探测到两个互成180度的光子，则这个事件被称之为符合事件，探测的过程称为符合探测或符合判断。PET系统通过记录所有符合事件，对所述符合事件处理，然后经过图像重建获得断层扫描图像。
[0004]符合事件可以分为三种，第一种是真符合事件，即探测到的两个光子来源于同一个湮灭反应，并且这两个光子在到达探测器前均没有与介质发生任何相互作用，他们含有精确的定位信息。第二种是散射符合事件，即探测到的两个光子来源于同一湮灭反应，但是在到达探测器前两个光子中至少有一个经过散射后偏离了原来的方向，因此这种符合事件含有的定位信息是不准确的。第三种就是随机符合事件，及探测到的两个光子不是来自同一个湮灭反应。符合事件的判断是PET系统的核心，符合事件判断的正确性直接决定着PET系统整体性能的好坏及其诊断的精准性。
[0005]在现有技术中，湮没反应产生的两个光子到达晶体的实际时间差可被测量，利用该时间差，理论上可以确定湮没反应的位置。由于PET系统是一个分布式的系统，前端存在多个探测器，每个探测器对应于一个基准时钟，这些基准时钟相互独立，启动时间不同，导致系统得到探测器探测到光子的时间差值有一定的误差，因此所确定的淹没反应的位置也不是一个精确的点，由此导致后续重建图像的精确度也会有一定的损失。因此，精确的时间测量装置对于PET系统是十分必要的。
【发明内容】
[0006]为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种时钟校准方法、装置与系统，以解决现有技术中，PET系统中由于基准时钟启动时间不同，导致确定的湮灭反应的位置不准确的技术问题。本发明提供技术方案如下:
[0007]一种时钟校准方法，包括:
[0008]选定N个基准时钟中的任一基准时钟作为参考时钟，N为正整数；
[0009]在除参考时钟外的基准时钟里确定待校准时钟；
[0010]测量当前时刻参考时钟的任一上升沿和待校准时钟的任一上升沿之间的时间差，或，参考时钟的任一下降沿和待校准时钟的任一下降沿之间的时间差；
[0011]将所述时间差反馈给待校准时钟的发生装置，以便发生装置根据所述时间差调整待校准时钟的相位至与参考时钟相同。
[0012]本发明实施例还提供一种时钟校准装置，包括:
[0013]参考选定模块，用于选定N个基准时钟中的任一基准时钟作为参考时钟，N为正整数；
[0014]选通模块，用于在除参考时钟外的基准时钟里确定待校准时钟；
[0015]测量模块，用于测量当前时刻参考时钟的任一上升沿和待校准时钟的任一上升沿之间的时间差，或，参考时钟的任一下降沿和待校准时钟的任一下降沿之间的时间差；
[0016]反馈模块，用于将所述时间差反馈给待校准时钟的发生装置，以便发生装置根据所述时间差调整待校准时钟的相位至与参考时钟相同。
[0017]本发明实施例还提供一种时钟校准系统，包括:
[0018]如上述所述的任一时钟校准装置和N个测量装置，其中，一个测量装置包括发生装置和时间测量装置；
[0019]所述发生装置，用于产生基准时钟，并在接收到时钟校准装置反馈的时间差时，将待校准时钟的上升沿左移或者右移所述时间差的长度，使待校准时钟的上升沿与参考时钟的上升沿对准，或，将待校准时钟的下降沿左移或者右移所述时间差的长度，使待校准时钟的下降沿与参考时钟的下降沿对准；
[0020]所述时间测量装置，用于探测器探测到光子时，以校准后的基准时钟为参考，测量探测到该光子的时刻。
[0021]由以上本发明实施例提供的技术方案可见，具有多个基准时钟的系统来说，在基准时钟启动后，任意选择其中一个基准时钟作为参考时钟，测量待校准时钟的上升沿(或下降沿)与参考时钟的上升沿(或下降沿)之间的时间差，然后将该时间差反馈到待校准时钟的发送装置，由发生装置根据时间差校准待校准时钟的相位，使之与参考时钟相位相同。对于PET系统来说，通过使用本发明的技术方案，探测器探测到光子时，由于基准时钟的相位相同，不论是哪两个探测器探测到了该光子，测量得到的针对探测到该光子的时间差值均是正确的，依据该时间差值确定的湮灭反应的位置也是准确的，从而使得根据湮灭反应的结果进行图像重建得到的图像较为精确。
【专利附图】
【附图说明】[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为正电子的湮灭反应示意图；
[0024]图2为本发明提供的一种时钟校准方法实施例1的流程图；
[0025]图3为基准时钟未校准前确定光子达到的时间差的示意图；
[0026]图4为基准时钟调整后确定光子达到的时间差的不意图；
[0027]图5为本发明提供的一种时钟校准装置实施例1的结构示意图；
[0028]图6为本发明提供的一种时钟校准系统的结构示意图；
[0029]图7为本发明提供的一种时钟校准装置在实际应用中的一种结构示意图；
[0030]图8为本发明提供的一种时钟校准系统在实际应用中的一种结构示意图。
【具体实施方式】
[0031 ] 为了使本【技术领域】的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0032]湮灭反应位置的确定正确与否对PET图像的准确性具有直接的影响，从而对疾病的诊断产生影响。而PET系统中测量湮灭反应位置时，由于计时存在误差，使得确定的淹没反应的位置也不是一个精确的点，而是限定在一定范围内的点，如果计时误差过大，将导致实际发生湮灭反应的位置可能没有落在确定的范围内，进而影响图像的精确度(有可能得到的图像是错误的)。因此，精确的时间测量装置对于PET系统是十分必要的。本发明提供的一种时钟校准方法、装置与系统，在系统运行之前，对用作探测到光子时刻的计时参考的基准时钟的相位进行调整，使所有的基准时钟的输出信号的相位相同，无论是哪两个探测器探测到光子，都可以保证计时得到的时间差是准确地，由此得到的湮灭反应的位置也是准确的。下面首先对本发明提供的一种时钟校准方法，进行详细介绍。
[0033]如图2所示，为本发明提供的一种时钟校准方法实施例1的流程图，本实施例提供的技术方案可以应用与多种系统中，比如PET、PETCT，本实施例以PET系统为例进行说明，本实施例具体可以包括如下步骤:
[0034]S201:选定N个基准时钟中的任一基准时钟作为参考时钟。
[0035]PET系统是一个分布式系统，设置了多个探测器用来探测湮灭反应产生的光子，对应每个探测器均有一个测量时间的模块，该模块以对应该探测器的基准时钟为计时依据，实际中一般采用基准时钟启动后产生的上升沿为计时开始的时刻，由于不同基准时钟启动时间不同步，导致对两个探测器探测到光子的时间差计时有误，因此，在启动后需要对基准时钟进行校准，以保证所有的基准时钟的频率(一般都一致)、相位一致。
[0036]所述N为正整数，物理上为基准时钟的个数，在对基准时钟校准时，可以任意选择一个基准时钟作为参考时钟，对剩余的所有基准时钟参照选择的参考时钟进行校准。
[0037]S202:在除参考时钟外的基准时钟里确定待校准时钟。[0038]虽然要对所有的基准时钟进行校准，但在实际操作中，是依照参考时钟一一进行的，选择待校准时钟后，需要将参考时钟和待校准时钟的信号选通，以获得两个基准时钟输出的脉冲信号。
[0039]S203:测量当前时刻参考时钟的任一上升沿和待校准时钟的任一上升沿之间的时间差，或，参考时钟的任一下降沿和待校准时钟的任一下降沿之间的时间差。
[0040]S204:将所述时间差反馈给待校准时钟的发生装置，以便发生装置根据所述时间差调整待校准时钟的相位至与参考时钟相同。
[0041]具体的，可以将待校准时钟的上升沿左移或者右移所述时间差的长度，使待校准时钟的上升沿与参考时钟的上升沿对准；或，将待校准时钟的下降沿左移或者右移所述时间差的长度，使待校准时钟的下降沿与参考时钟的下降沿对准。在实际操作中，是对待校准时钟进行左移还是右移取决于得到的时间差的符号。通过上述操作之后，参考时钟与待校准时钟的相位就是相同的，后续对探测到光子的差值进行计算时，所述校准的时钟作为探测到光子时刻的测量依据。
[0042]本实施例提供的技术方案，具有多个基准时钟的系统来说，在基准时钟启动后，任意选择其中一个基准时钟作为参考时钟，测量待校准时钟的上升沿(或下降沿)与参考时钟的上升沿(或下降沿)之间的时间差，然后将该时间差反馈到待校准时钟的发送装置，由发生装置根据时间差校准待校准时钟的相位，使之与参考时钟相位相同。对于PET系统来说，通过使用本发明的技术方案，探测器探测到光子时，由于基准时钟的相位相同，不论是哪两个探测器探测到了该光子，测量得到的针对探测到该光子的时间差值均是正确的，依据该时间差值确定的湮灭反应的位置也是准确的，从而使得根据湮灭反应的结果进行图像重建得到的图像较为精确。
[0043]进一步，考虑到基准时钟是高精度的时钟，可以精确到几十个ps (皮秒)，为了保持校准的精度，对于每一个待校准的时钟，均可以分多个时刻分别测量上升沿或者下降沿的时间值，每获取一个时间差值先进行存储，当多个时刻上的时间差值均获取到后，对多个差值进行累加求平均之后，作为最终的参考反馈给待校准时钟的发送装置，发生装置依据平均后的差值对校准时钟的相位进行调整。
[0044]为了对本发明实施例带来的效果有一个更直观的理解，参考图3和图4所示，分别为现有技术中的计时方式和本发明实施例提供的计时方式。假设基准时钟的频率为4M Hz,以这个时钟为基准，对符合事件的产生时刻进行标注。标注的时间信息可以被后续的电路使用作为符合事件的判断标准。
[0045]如图3所示，ChannleM与ChannleN表示前端的两个分布式模块(时间测量单元)，均用于时间的精确测量。CLK_4M-M与CLK_4M-N是两个分布式模块采用的基准时钟。我们进行时间测量时，实际测量的是光子探测到的时刻与基准时钟上升沿间的时间差。由于采用的是分布式系统，所以各子模块基准时钟的启动时间是不一致的，这就导致了各个基准时钟间存在了一定的相位差异，如图3所示，CLk_4M-M与CLK_4M-N的时钟上升沿存在差异，这就会引起测量基准的偏移，导致测量结果的不准确性，从而影响到符合事件的判断。如图4所示，为校准后的基准时钟，从图4中可以看出，依据校准后的基准时钟得到的时间差是准确的。
[0046]相应于上面的方法实施例，本发明还提供一种时钟校准装置，参考图5所示，为所述时钟校准装置实施例1的结构示意图，所述装置包括:
[0047]参考选定模块510，用于选定N个基准时钟中的任一基准时钟作为参考时钟，N为正整数；
[0048]选通模块520，用于在除参考时钟外的基准时钟里确定待校准时钟；
[0049]测量模块530，用于测量当前时刻参考时钟的任一上升沿和待校准时钟的任一上升沿之间的时间差，或，参考时钟的任一下降沿和待校准时钟的任一下降沿之间的时间差;
[0050]反馈模块540，用于将所述时间差反馈给待校准时钟的发生装置，以便发生装置根据所述时间差调整待校准时钟的相位至与参考时钟相同。
[0051]优选的，所述时钟校准装置还可以包括:存储模块，用于保存当前时刻得到的时间差;
[0052]则所述测量模块，还用于在当前时刻之后的多个时刻上，分别测量参考时钟的任一上升沿和待校准时钟的任一上升沿之间的时间差，或，参考时钟的任一下降沿和待校准时钟的任一下降沿之间的时间差；
[0053]则所述存储模块，还用于存储在当前时刻之后的多个时刻上测量得到的时间差；
[0054]累加模块，用于将保存的所述多个时刻上对应的时间差与当前时刻对应的时间差累；
[0055]则所述反馈模块，具体用于对累加得到的时间差取平均，将均值作为反馈的时间差。
[0056]本发明还提供一种时钟校准系统，参考图6所示，为所述时钟校准系统的结构示意图，所述系统包括:
[0057]上述所述的时钟校准装置610和N个测量装置620，其中，所述一个测量装置620包括发生装置621和时间测量装置622 ；
[0058]所述发生装置621，用于产生基准时钟，并在接收到时钟校准装置反馈的时间差时，将待校准时钟的上升沿左移或者右移所述时间差的长度，使待校准时钟的上升沿与参考时钟的上升沿对准，或，将待校准时钟的下降沿左移或者右移所述时间差的长度，使待校准时钟的下降沿与参考时钟的下降沿对准；
[0059]所述时间测量装置622，用于探测器探测到光子时，以校准后的基准时钟为参考，测量探测到该光子的时刻。
[0060]优选的，参考图7和图8所示，分别为本发明实施例提供的时钟校准装置和系统对应的一种实现方式，系统由N个分布式模块(或称为测量子模块，对应于所述的测量装置620)及一个时钟测量模块(对应于时钟校准装置)组成。测量子模块主要包括基准时钟产生单元(对应于发生装置621)和高精度时间测量单元(对应于时间测量装置622)。测量子模块的主要功能是产生基准时钟和进行高精度的时间测量。时钟测量模块主要包括时钟选择单元，上升沿差测量单元和反馈单元等。其主要功能是选通所要测量的基准时钟，并通过上升沿差测量单元完成所选通时钟上升沿间的时间差异值测量，并进行记录和反馈。
[0061]系统开始工作时，分布式模块即测量子模块开始工作。测量子模块工作时产生自身基准时钟CLKO至CLKn。其中CLKO及时钟CLKn可以由模块中的FPGA产生，假设工作频率时4M，频率设定值可以根据实际设计的系统确定。由于整个系统是分布式的系统，存在上电时间差异，所以各个测量子模块开始工作的时间是不一致的，各测量子模块中产生的基准时钟CLKO至CLKn的相位不一致，即时钟的上升沿存在时间差异。这些差异会导致时间测量信息不准确，我们需要消除这些差异。以上升沿为例，图7和图8所示装置与系统的工作原理如下:
[0062]通过数据线缆将基准时钟CLKO至CLKn连接至时钟测量模块。时钟测量模块主要包括时钟选通单元，上升沿差测量单元，时间差异存储单元和反馈单元。
[0063]A:时钟选通模块连接着所有测量子模块中产生的基准时钟。
[0064]B:在这些基准时钟里，任意选择一个时钟做为调整使用的参考时钟。并且以这个参考时钟为基础，进行后续调节。假设选择clk3做为参考时钟。
[0065]C:在剩余的时钟里，任意选择一个时钟开始进行调节。假设选取ClklS做为被调节时钟。
[0066]D:时钟选通模块工作，将参考时钟从clka端口输出，将待调节的时钟从clkb端口输出。
[0067]E:通过clka端口和clkb端口将时钟CLK3及CLK18将传输至上升沿测量单元。
[0068]F:上升沿测量单元的主要功能是完成时钟CLK3及CLK18间上升沿时间差的测量。上升沿测量单元可以采用ASIC芯片实现，可以实现高精度时间的测量。
[0069]G:通过上升沿测量单元，将获得CLK3及CLK18间上升沿的差值，这个差值由时间差存储单元储存。
[0070]H:反馈单元将差异值通过数据链路传递至相应的系统测量子模块(此时是测量子模块18)。此时，假设测量的差异值A=clkl8-clk3(或者clk3-clkl8)，根据Λ值对clkl8进行调节。
[0071]1:系统测量子模块通过相应参数Λ，使用FPGA调整其基准时钟的相位，即调节clkl8的相位，使clkl8与clk3上升沿对准。
[0072]具体的，若Λ =clkl8-clk3>0,则将clkl8左移至与clk3的上升沿对准；反之，则将clkl8右移至与clk3的上升沿对准；
[0073]对系统剩余的其他基准时钟的调整，可以参考步骤C至步骤I，调整系统中剩余的测量子模块，调整结束后，所有分布式模块(测量子模块)中产生的基准时钟相位一致，不存在上升沿之间的时间差异。
[0074]为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
[0075]本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述仅是本发明的【具体实施方式】，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种时钟信号校准方法，其特征在于，包括: 选定N个基准时钟中的任一基准时钟作为参考时钟，N为正整数； 在除参考时钟外的基准时钟里确定待校准时钟； 测量当前时刻参考时钟的任一上升沿和待校准时钟的任一上升沿之间的时间差，或，参考时钟的任一下降沿和待校准时钟的任一下降沿之间的时间差； 将所述时间差反馈给待校准时钟的发生装置，以便发生装置根据所述时间差调整待校准时钟的相位至与参考时钟相同，以完成时钟的校准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发生装置根据所述时间差调整待校准时钟的相位至与参考时钟相同，包括: 将待校准时钟的上升沿左移或者右移所述时间差的长度，使待校准时钟的上升沿与参考时钟的上升沿对准； 或， 将待校准时钟的下降沿左移或者右移所述时间差的长度，使待校准时钟的下降沿与参考时钟的下降沿对准。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述时间差反馈给待校准时钟的发生装置之前，还包括: 保存当前时刻得到的时间差； 在当前时刻之后的多个时刻上，分别`测量并保存参考时钟的任一上升沿和待校准时钟的任一上升沿之间的时间差，或，参考时钟的任一下降沿和待校准时钟的任一下降沿之间的时间差； 将保存的所述多个时刻上对应的时间差与当前时刻对应的时间差累； 对累加得到的时间差取平均，将均值作为反馈的时间差。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括: 所述校准的时钟作为探测到光子时刻的测量依据。
5.一种时钟校准装置，其特征在于，包括: 参考选定模块，用于选定N个基准时钟中的任一基准时钟作为参考时钟，N为正整数； 选通模块，用于在除参考时钟外的基准时钟里确定待校准时钟； 测量模块，用于测量当前时刻参考时钟的任一上升沿和待校准时钟的任一上升沿之间的时间差，或，参考时钟的任一下降沿和待校准时钟的任一下降沿之间的时间差； 反馈模块，用于将所述时间差反馈给待校准时钟的发生装置，以便发生装置根据所述时间差调整待校准时钟的相位至与参考时钟相同。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括: 存储模块，用于保存当前时刻得到的时间差； 则所述测量模块，还用于在当前时刻之后的多个时刻上，分别测量参考时钟的任一上升沿和待校准时钟的任一上升沿之间的时间差，或，参考时钟的任一下降沿和待校准时钟的任一下降沿之间的时间差； 则所述存储模块，还用于存储在当前时刻之后的多个时刻上测量得到的时间差； 累加模块，用于将保存的所述多个时刻上对应的时间差与当前时刻对应的时间差累； 则所述反馈模块，具体用于对累加得到的时间差取平均，将均值作为反馈的时间差。
7.—种时钟校准系统，其特征在于，包括: 如权利要求5-6任一项所述的时钟校准装置和N个测量装置，其中，一个测量装置包括发生装置和时间测量装置； 所述发生装置，用于产生基准时钟，并在接收到时钟校准装置反馈的时间差时，将待校准时钟的上升沿左移或者右移所述时间差的长度，使待校准时钟的上升沿与参考时钟的上升沿对准，或，将待校准时钟的下降沿左移或者右移所述时间差的长度，使待校准时钟的下降沿与参考时钟的下降沿对准； 所述时间测 量装置，用于探测器探测到光子时，以校准后的基准时钟为参考，测量探测到该光子的时刻。
【文档编号】G06F1/14GK103488247SQ201310425956
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】高鹏, 杨龙, 尹柱霞, 李楠 申请人:沈阳东软医疗系统有限公司