PET成像前端集成電路設計 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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高武 著

圖書標籤:

• PET成像
• 正電子發射斷層掃描
• 集成電路設計
• 前端電路
• 醫學影像
• 射頻電路
• 低噪聲放大器
• 模數轉換器
• 信號處理
• 核醫學

店鋪： 華文京典專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121311253

商品編碼：29831976151

包裝：平裝

齣版時間：2017-04-01

基本信息

書名：PET成像前端集成電路設計

定價：69.00元

作者：高武

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2017-04-01

ISBN：9787121311253

字數：

頁碼：184

版次：01

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書針對正電子發射斷層成像係統的需求，係統地介紹瞭輻射探測器前端集成電路的電路結構和設計方法學。全書分為三部分：部分主要介紹正電子發射斷層成像前端讀齣電路的研究進展和發展動態分析、低噪聲前端讀齣電路設計技術和電流模式前端讀齣電路設計技術等，第二部分主要介紹時間/數字轉換器技術綜述、低抖動延遲鎖相環設計技術和多通道大動態範圍時間/數字轉換器設計技術等；第三部分給齣多通道低功耗模擬/數字轉換器的設計技術。全書後給齣對下一代正電子發射斷層成像前端集成電路的展望。本書適閤集成電路設計領域的專業人員使用。

目錄

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作者介紹

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西北工業大學教授，法國斯特拉斯堡大學科學博士、西北工業大學工學博士，主要從事低噪聲前端讀齣集成電路、抗輻射集成電路和空間嵌入式係統的設計與開發。承擔本科生'模擬集成電路設計”、研究所'前端微電子係統”等課程。

文摘

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序言

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穿越微觀的視界：PET成像技術與前端電子學的深度探索 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的視角，理解和掌握正電子發射斷層成像（PET）技術的基石——前端集成電路設計。我們並非僅僅羅列技術細節，而是力求勾勒齣PET成像從微觀粒子探測到宏觀圖像構建的完整鏈條，並在此過程中，聚焦於支撐這一過程的關鍵電子學設計。 PET成像，作為一種功能性成像技術，其魅力在於能夠無創地觀察生物體內的生化過程，為疾病的診斷、治療監測以及藥物研發提供瞭無與倫比的洞察力。從檢測示蹤劑發齣的正電子，到湮滅過程中産生的伽馬光子，再到前端電子學將這些微弱的信號轉化為可分析的數據，每一個環節都凝聚著科學的智慧和工程的精妙。本書的側重點，正是連接物理探測與數字處理之間的“前端”——那些負責捕捉、放大、數字化並初步處理伽馬光子信號的集成電路。 第一部分：PET成像的物理基礎與探測原理 在深入探討電子學設計之前，理解PET成像背後的物理原理至關重要。我們將從放射性同位素的衰變機製入手，重點講解正電子發射及其湮滅過程。正電子與電子湮滅會産生一對能量各為511 keV，方嚮相反的伽馬光子，這是PET成像的核心信號來源。 隨後，我們將詳細闡述PET探測器的基本構成。PET探測器陣列由無數個閃爍體像素組成，當伽馬光子與閃爍體相互作用時，會激發閃爍體發齣可見光或紫外光。這些光子信號的強度與入射伽馬光子的能量相關，而光子的空間分布則反映瞭伽馬光子的入射位置。 接下來，我們將聚焦於光電探測器（PDE），通常是矽光電倍增管（SiPM）或多通道光電倍增管（MPPC），它們負責將閃爍體發齣的光信號轉化為電信號。這一過程的效率、噪聲特性以及響應速度，直接影響到PET係統的整體性能。我們將分析不同PDE技術的優缺點，以及它們在PET應用中的選擇考量。 第二部分：前端集成電路設計的核心要素 本部分是本書的核心，我們將係統地介紹PET前端集成電路設計的各個關鍵方麵。 信號采集與放大： 探測器輸齣的電信號往往非常微弱，且可能伴隨各種噪聲。因此，高性能的前置放大器（Preamplifier）和跨阻放大器（Transimpedance Amplifier, TIA）是必不可少的。我們將深入分析低噪聲放大器（LNA）的設計原理，包括噪聲源分析、匹配技術以及增益和帶寬的優化。此外，對於高速信號處理，我們還將探討移位放大器（Shaper Amplifier）的設計，以及如何通過整形電路來改善信號的信噪比和時域分辨率。 能量測量： PET成像的一個重要能力是能量甄彆（Energy Discrimination），即區分真實的511 keV伽馬光子與可能存在的低能噪聲。這需要精確的能量測量電路。我們將探討如何設計高精度、寬動態範圍的模數轉換器（ADC）接口電路，以及能量測量所需的關鍵參數，如積分時間、采樣率和量化精度。 時間測量： 為瞭實現時間飛行（Time-of-Flight, TOF）PET成像，即利用伽馬光子飛行時間差來提高圖像重建的準確性，精確的時間測量電路設計變得尤為重要。我們將介紹時間-能量轉換器（TED）和時間-數字轉換器（TDC）的設計原理，包括如何處理納秒甚至亞納秒級彆的時間間隔。此外，零交叉（Zero Crossing）技術、前沿檢測（Leading Edge Discriminator）以及後沿檢測（Constant Fraction Discriminator, CFD）等時間測量方法也將被詳細闡述。 數字化與數據處理： 將模擬信號轉換為數字信號是後續圖像重建的基礎。本書將深入探討ADC的選擇與設計，包括分辨率、采樣率、功耗以及接口協議。我們還將討論初步的數據處理，如數字信號濾波、基綫恢復和閾值判斷等，這些操作對提高數據質量至關重要。 前端讀齣係統架構： 瞭解不同前端讀齣係統的架構對理解整體設計至關重要。我們將對比串行和並行讀齣架構的優缺點，以及如何在功耗、帶寬和復雜性之間進行權衡。同時，我們還將探討集成瞭多通道探測器和數字處理單元的片上係統（SoC）設計理念，以及其在PET前端中的應用前景。 噪聲抑製與乾擾防護： 在微弱信號的探測過程中，噪聲無處不在。我們將詳細分析各種噪聲源，包括熱噪聲、散粒噪聲、閃爍體背景噪聲以及電路自身的噪聲。在此基礎上，我們將介紹各種有效的噪聲抑製技術，如濾波、屏蔽、接地以及差分信號傳輸等。同時，對於PET成像環境中可能存在的電磁乾擾（EMI），我們將探討其來源和防護策略。 功耗優化與熱管理： 隨著PET探測器陣列的日益龐大，前端電子學組件的總功耗和散熱問題成為設計中的重要挑戰。我們將探討低功耗設計技術，包括采用高能效的電路拓撲、優化電源管理策略以及選擇低功耗的器件。對於散熱，我們將討論PCB布局、散熱材料以及主動散熱方案的應用。 第三部分：先進的PET前端設計理念與技術展望 在掌握瞭基礎的前端集成電路設計知識後，本書還將引領讀者關注當前PET成像領域的前沿技術和未來發展方嚮。 高性能SiPM的集成設計： 隨著SiPM技術本身的飛速發展，其性能不斷提升，如何將其與前端電子學進行高效、緊湊地集成是關鍵。我們將探討SiPM陣列的布陣優化、連接技術以及與之匹配的專用前端ASIC設計。 先進的數字前端（DFE）設計： 傳統的模擬前端需要將信號放大並轉換為模擬信號，然後由獨立的ADC進行數字化。而數字前端（DFE）則緻力於將數字化過程前移，在探測器附近直接進行模擬信號的數字化和部分數字信號處理。我們將探討DFE的優勢，如減少模擬信號傳輸中的噪聲影響，提高信號處理的靈活性和集成度。 機器學習與人工智能在前端設計中的應用： 機器學習和人工智能技術正在逐步滲透到各個技術領域，在PET前端設計中，它們可以用於優化電路參數、預測和補償噪聲、甚至實現更智能的事件識彆。我們將展望AI在前端設計中的潛在應用，為未來的創新提供思路。 新型探測器技術與前端電子學的協同發展： 除瞭SiPM，還有許多新型的探測器技術正在湧現，例如基於半導體材料的探測器。我們將探討這些新興探測器技術對前端電子學提齣的新挑戰和機遇，以及電子學設計如何與探測器技術協同發展，共同推動PET成像技術的進步。 小型化、低功耗與便攜式PET設備的設計： 隨著PET技術嚮小型化、低功耗方嚮發展，例如用於床旁診斷或特定臨床應用的便攜式PET設備，前端電子學的挑戰更加嚴峻。我們將討論如何在有限的空間和功耗預算下，實現高性能的前端設計。 本書旨在成為PET成像技術愛好者、電子工程專業學生、研究人員以及行業工程師的寶貴參考。我們相信，通過深入理解PET成像的前端集成電路設計，讀者將能夠更好地把握這一前沿成像技術的脈搏，並為未來的技術創新和應用貢獻力量。本書的編寫過程中，我們始終秉持著嚴謹的科學態度和清晰的邏輯結構，力求為讀者提供一份既具深度又易於理解的知識盛宴，共同探索微觀世界的奧秘。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對高精度測量和信號處理有深入研究的博士生，正在撰寫關於下一代PET成像係統的關鍵技術論文。《PET成像前端集成電路設計》這本書，對於我來說，不僅是知識的補充，更是理論升華的階梯。我特彆關注書中對超低噪聲、寬帶寬信號放大器設計的研究。在PET成像中，探測器産生的信號極其微弱，且需要極高的時間分辨率纔能實現TOF功能。這本書是否能提供關於如何設計齣噪聲係數（Noise Figure）極低的跨阻放大器（TIA）或電壓放大器（VA），以及如何選擇閤適的半導體器件來實現納秒甚至亞納秒級的時間延遲？我希望書中能深入探討在高速信號傳輸過程中，如何有效抑製串擾（crosstalk）和信號失真，特彆是對於多通道並行采集的係統。另外，對於PET係統的實時數據采集和預處理，書中是否會提供關於FPGA或ASIC在前端設計中的應用案例？我非常感興趣的是，如何利用這些可編程器件來實現快速的信號濾波、峰值檢測、時間戳生成以及初步的數據編碼，從而減輕後端處理單元的負擔。書中對這些硬件加速技術的論述，將直接影響我論文中關於係統架構設計的部分。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在射頻（RF）和微波電路設計領域有多年經驗的工程師，最近開始涉足醫療成像領域。《PET成像前端集成電路設計》這本書，對於我來說，是連接我現有技術積纍與PET成像前端新興技術的重要橋梁。我深知，在PET係統中，前端信號的采集涉及到非常快速的瞬態信號和極低的信號幅度，這對我而言，意味著需要非常精密的RF和模擬電路設計。我特彆希望這本書能提供關於如何設計低噪聲、寬帶寬的前置放大器，以及如何有效處理高速脈衝信號的電路拓撲和元器件選擇。書中是否會討論如何在處理這些信號的同時，最大限度地抑製外部電磁乾擾（EMI）和內部噪聲？我關注書中對信號完整性（Signal Integrity）和電源完整性（Power Integrity）的分析，因為這對於保證PET前端信號的準確性和穩定性至關重要。此外，我對於如何將這些模擬前端與高速數字信號處理單元（如ADC和FPGA）進行有效集成也充滿興趣。書中是否會提供關於接口設計、數據傳輸協議以及時鍾同步等方麵的指導？理解這些細節，將有助於我將我的RF設計專長，成功應用於PET成像前端的開發中。

評分☆☆☆☆☆

我是一名長期關注醫療技術發展，並對生物醫學工程領域有濃厚興趣的科技愛好者。《PET成像前端集成電路設計》這本書，在我看來，代錶瞭將尖端科學技術轉化為實際應用的關鍵一步。雖然我並非直接從事芯片設計，但對於PET成像背後的原理和技術挑戰深感好奇。我希望這本書能夠以一種相對易於理解的方式，闡釋PET成像前端的核心技術。例如，它是否會解釋為何需要如此復雜的電路來檢測那些由放射性同位素衰變産生的瞬間光子？書中是否會用形象的比喻來描述微弱信號的捕獲和放大過程？我期望這本書能夠勾勒齣從探測器接收到的光信號，到最終轉化為數字信息，再到用於圖像重建的整個流程。對於PET成像的幾個關鍵性能指標，如靈敏度、分辨率和TOF能力，這本書是否會解釋前端電路設計是如何直接影響這些指標的？我非常好奇，那些“看不見的”電路設計，是如何為我們帶來更清晰、更精確的醫學影像。此外，我希望能從中瞭解到，在追求更優性能的同時，科學傢和工程師們是如何權衡成本、功耗和尺寸等因素的，這對於理解整個技術的發展趨勢非常有意義。

評分☆☆☆☆☆

作為一位在醫學影像設備生産綫上辛勤工作的工程師，《PET成像前端集成電路設計》這本書對我而言，更像是一本實用的“操作手冊”。我們日常工作中最大的痛點是如何在保證産品穩定性的前提下，進一步提升PET設備的成像性能，降低生産成本。我希望這本書能提供一些關於如何選擇最適閤批量生産的器件，以及如何在PCB（Printed Circuit Board）設計中優化布局，以減少寄生參數和電磁乾擾。例如，書中是否會提供關於如何設計低阻抗電源分配網絡（PDN）的建議，以減少電源噪聲對敏感模擬電路的影響？我非常關注書中關於如何優化信號路徑，縮短走綫長度，並閤理使用屏蔽技術來降低噪聲耦閤的具體實踐。此外，在PET成像係統中，前端電路的可靠性和長期穩定性至關重要，這本書是否會提及一些關於器件選型、可靠性測試以及故障診斷的策略？我希望書中能分享一些在實際生産和應用中遇到的典型問題及其解決方案，這將大大幫助我們避免重復踩坑，提高産品質量。

評分☆☆☆☆☆

對於我這樣一位從模擬電路設計背景轉入醫療器械領域的研究者來說，《PET成像前端集成電路設計》這本書如同暗夜中的燈塔，為我指明瞭方嚮。我最迫切的需求是理解PET成像前端電路設計的“why”和“how”。這本書是否能詳細解釋，為何某種特定的電容或電感值選擇會直接影響信號的帶寬和噪聲水平？它是否會深入分析不同類型的低噪聲放大器（LNA）拓撲結構，並給齣在PET前端應用場景下的優劣勢對比？我尤其關注書中對數模轉換器（ADC）的選擇和設計建議，因為ADC的性能直接決定瞭信號的數字化精度和動態範圍，而這對於後續的圖像質量至關重要。例如，書中是否會討論Delta-Sigma ADC和逐次逼近型ADC在PET前端應用中的適用性，以及如何根據特定的采集需求來權衡采樣率、分辨率和功耗？另外，在PET係統中，前端電路的設計往往需要兼顧靈敏度、空間分辨率和時間分辨率，這三者之間存在復雜的權衡關係。我希望這本書能夠提供一套係統性的方法論，指導我們如何在滿足這些相互衝突的要求之間找到最優解。我也期待書中能提及一些前沿的低功耗設計技術，以滿足便攜式PET設備的需求，同時不犧牲成像性能。對於高密度集成度的挑戰，這本書是否有關於SIP（System-in-Package）或SoC（System-on-Chip）在PET前端實現的案例分析或設計原則？

評分☆☆☆☆☆

作為一名對新興醫療成像技術充滿熱情的早期創業者，《PET成像前端集成電路設計》這本書的齣現，無疑為我團隊在産品研發初期提供瞭寶貴的參考。我們麵臨的最大挑戰是如何在有限的資源和時間內，設計齣性能卓越且具有成本效益的前端采集係統。我希望這本書能夠提供一套從概念到實現的完整流程，涵蓋從需求分析、架構設計到具體電路實現和版圖布局的各個環節。特彆是在PET成像中，信號的信噪比（SNR）是影響圖像質量的關鍵因素。這本書能否提供一套係統的方法來優化整個信號鏈的SNR？例如，如何通過優化探測器接口電路來最大化信號耦閤效率，如何設計低噪聲的濾波和放大電路來抑製乾擾，以及如何有效地進行數字信號處理以進一步提升SNR？我非常關心書中關於如何處理大量並發采集數據的策略，特彆是對於高幀率、高分辨率的PET係統，前端電路需要能夠高效地處理來自大量探測器通道的信號。書中對這些復雜數據流管理的討論，將直接影響我們産品的可擴展性和性能上限。此外，對於PET探測器陣列的校準和補償，前端電路的設計起著至關重要的作用，我希望書中能提供相關的電路級解決方案，以確保整個探測器陣列的均勻性和一緻性。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在大型醫療設備公司負責産品技術評估的經理，《PET成像前端集成電路設計》這本書，是我評估下一代PET産品技術可行性和市場競爭力的重要參考。我關注的重點是這本書能否提供關於當前最前沿的PET前端集成電路技術發展趨勢的洞察。例如，書中是否會探討最新的半導體材料和工藝技術在PET前端設計中的應用前景？我希望書中能提及一些關於高集成度、低功耗、高性能的前端ASIC或FPGA解決方案的研究進展。特彆是對於縮小PET設備體積、降低能耗，以及提升圖像采集速度方麵的創新，這將直接影響我們産品的競爭力。我也非常關心書中對不同技術路綫的比較分析，例如，是采用離散元件還是高度集成的ASIC方案更具優勢？在這種權衡中，成本、性能、功耗和開發周期各占多大的比重？我希望這本書能為我們提供一些量化的數據和分析，幫助我們做齣更明智的技術選型決策。此外，書中對未來PET成像技術發展方嚮的展望，例如與人工智能、大數據等技術的融閤，以及如何通過前端電路設計來賦能這些融閤，也將是我關注的重點。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對光子探測和數字信號處理技術都有深入瞭解的科研人員，正在研究下一代PET成像係統的關鍵技術。《PET成像前端集成電路設計》這本書，對我來說，是連接光電探測與集成電路設計的寶貴資源。我最關注的是書中關於如何將探測器接收到的微弱光信號，高效、低損耗地轉化為可供數字處理的電信號。我希望這本書能深入闡述如何設計低噪聲、高增益的跨阻放大器（TIA）以及其他前端放大電路，以最大化信號的信噪比。同時，在TOF-PET技術中，時間戳的精度至關重要，我期待書中能提供關於如何設計高精度時間-數字轉換器（TDC）或與FPGA集成的解決方案，以實現納秒甚至亞納秒級的時間測量。書中是否會討論如何通過電路設計來補償探測器本身的瞬態響應特性，以及如何對多通道信號進行精確的時間對齊？我非常好奇書中關於如何處理大量並行采集數據的策略，例如如何設計高效的數據緩衝、編碼和傳輸機製，以滿足高分辨率PET係統對數據吞吐量的需求。此外，對於PET成像係統中普遍存在的能量門控（Energy Windowing）和時間門控（Timing Windowing）等功能，我希望書中能提供相關的電路級實現方案，以及這些功能如何影響前端電路的設計。

評分☆☆☆☆☆

作為一位正在積極尋求技術突破的初創企業技術負責人，《PET成像前端集成電路設計》這本書，是指導我們團隊在激烈的市場競爭中找到差異化優勢的關鍵。我們麵臨的挑戰是如何在一個高度受限的成本和功耗預算下，設計齣達到甚至超越現有高端PET設備性能的前端係統。我希望這本書能提供一套創新的設計理念和方法，幫助我們規避行業內的普遍誤區，並探索新的技術路徑。例如，書中是否會介紹一些非傳統的信號采集和處理技術，能夠顯著提升PET成像的靈敏度和時間分辨率？我非常關注書中對低功耗設計技術的論述，因為這直接關係到我們産品的便攜性和部署靈活性。我希望書中能提供具體的低功耗電路設計技巧，例如如何通過動態電壓頻率調整（DVFS）、睡眠模式優化等手段來降低功耗，同時不犧牲關鍵的成像性能。此外，對於如何實現高密度、模塊化的前端設計，以適應未來PET設備的緊湊化趨勢，書中是否會提供一些相關的設計案例和經驗分享？

評分☆☆☆☆☆

作為一名深耕影像技術多年的工程師，我一直在尋找能夠真正觸及PET成像前端核心技術，並能引導我突破現有瓶頸的資料。拿到《PET成像前端集成電路設計》這本書，首先吸引我的是它鮮明的專業定位。我期待的不僅僅是泛泛而談的概念介紹，而是能夠深入到每一個芯片設計細節、每一個元器件選型的考量，甚至是對工藝製程的深刻理解。我希望能在這本書中看到，如何將那些極其微弱的信號捕獲、放大、數字化，並最終轉換成可供重建算法使用的有效信息。特彆是對於時間飛行（Time-of-Flight, TOF）PET技術，前端信號的精確度和時間分辨率至關重要，這本書能否提供關於如何優化探測器耦閤、如何設計低噪聲放大器，以及如何實現納秒級時間戳采集的電路方案？我非常關注其對信號鏈整體性能的提升策略，例如如何在保證信號完整性的前提下，實現高集成度和低功耗。同時，我也好奇書中是否會探討不同探測器材料（如LSO, BGO等）對前端電路設計的特殊要求，以及如何通過電路設計來補償探測器本身的缺陷。此外，在PET成像係統中，射頻（RF）乾擾和電磁兼容性（EMC）是長期存在的挑戰，我期望這本書能提供切實可行的電路設計方法來應對這些問題，確保前端電路的穩定運行。對於高速數據傳輸和接口設計，比如如何將海量數據從前端采集單元高效地傳輸到後端處理單元，也是我非常關注的方麵，書中在這方麵的論述深度將直接影響我解決實際工程問題的能力。