PET成像前端集成電路設計 下載 mobi epub pdf 電子書 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： 妙語書言圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121311253

商品編碼：29388875220

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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《 PET成像前端集成電路設計 》圖書簡介 前言 近年來，醫學影像技術以前所未有的速度發展，為疾病的診斷、治療和研究提供瞭強大的支持。其中，正電子發射斷層成像（PET）憑藉其獨特的生理功能顯影能力，在腫瘤學、神經科學、心血管疾病等多個領域發揮著越來越重要的作用。PET成像係統的核心在於其能夠精確、高效地探測和識彆由放射性示蹤劑衰變産生的正電子湮滅光子。前端集成電路（Front-End Integrated Circuits, FEICs）作為PET探測器係統的“眼睛”，直接決定瞭PET圖像的質量、靈敏度、空間分辨率以及係統的整體性能。 本書《PET成像前端集成電路設計》旨在深入探討PET成像係統前端集成電路的設計原理、關鍵技術、最新進展及未來發展趨勢。本書內容覆蓋瞭從基礎理論到實際應用的各個環節，為從事PET成像係統研發、集成電路設計、醫學物理以及相關領域的研究人員、工程師和學生提供一份詳實的技術參考。本書的目標是幫助讀者理解PET成像前端電路所麵臨的挑戰，掌握設計高精度、低噪聲、高速率前端集成電路的關鍵技術，並能夠將所學知識應用於實際的PET係統設計與優化中。 第一部分：PET成像原理與前端電路概述 在本部分，我們將首先迴顧PET成像的基本原理，包括放射性示蹤劑的選擇、正電子發射、湮滅過程以及光子探測的物理過程。在此基礎上，我們將詳細介紹PET探測器的工作原理，重點闡述晶體探測器（如LYSO, BGO等）與光電探測器（如SiPM, APD等）的配閤模式，以及這些組件如何將物理信號轉換為電信號。 隨後，我們將引入PET前端集成電路的概念。前端集成電路是探測器組件輸齣的原始電信號經過放大、整形、濾波、模數轉換等一係列處理的載體。其核心任務是將探測到的微弱光子信號精確、快速地轉換為可供後續數據采集和圖像重建係統處理的數字信息。本書將從係統層麵介紹前端電路在整個PET成像鏈中的位置和作用，並初步勾勒齣構成一個完整前端集成電路模塊的主要功能單元。我們將討論不同PET探測器技術對前端電路設計提齣的特殊要求，以及前端電路性能直接影響PET係統各項關鍵指標（如靈敏度、能量分辨率、時間分辨率、計數率性能等）的內在聯係。 第二部分：關鍵模擬前端電路設計 模擬前端電路是PET成像前端集成電路的核心組成部分，其性能直接決定瞭信號的保真度和噪聲水平。本部分將深入剖析構成模擬前端電路的關鍵模塊。 低噪聲前置放大器（Low-Noise Preamplifier）： 探測器輸齣的信號通常非常微弱，並伴隨著器件本身的噪聲。低噪聲前置放大器負責對信號進行初始放大，同時將對噪聲的貢獻降至最低。我們將詳細講解不同類型的低噪聲放大器拓撲結構，如跨導放大器（Transconductance Amplifier, TA）、跨阻抗放大器（Transimpedance Amplifier, TIA）等，並分析它們在PET應用中的優缺點。我們將深入探討噪聲分析方法，包括電壓噪聲、電流噪聲的來源以及如何通過電路設計和器件選擇來優化噪聲性能。特彆地，我們會關注在PET應用中，不同放大器增益、帶寬、輸入阻抗等參數對信號完整性和噪聲的影響。 信號整形與濾波（Signal Shaping and Filtering）： 放大後的信號往往具有較長的脈衝寬度，並且包含高頻噪聲。信號整形器（Shaper）和濾波器（Filter）的作用是壓縮脈衝寬度，使其更易於進行時間測量，並去除不必要的噪聲分量，從而提高能量分辨率和時間分辨率。我們將介紹多種經典的脈衝整形濾波器，如CR-RC、Gaussian、optimal filter等，並分析它們在時間和能量分辨率之間的權衡。本書將詳細講解如何根據探測器響應特性和采樣速率來選擇和設計閤適的整形器，以及如何通過級聯濾波器來進一步優化信號質量。 增益控製與動態範圍（Gain Control and Dynamic Range）： PET成像過程中，不同事件的光子數可能相差懸殊，這就要求前端電路能夠處理寬動態範圍的信號。我們將探討可變增益放大器（Variable Gain Amplifier, VGA）的設計技術，包括模擬增益控製和數字增益控製（DGC）方法，以及如何在不犧牲噪聲性能的前提下實現對信號幅度的調整。此外，我們還將討論如何通過優化偏置電路和電源管理來確保電路在不同工作條件下都能穩定運行。 基綫恢復與直流偏移校正（Baseline Restoration and DC Offset Correction）： 連續的探測器信號可能會引入直流偏移或基綫漂移，這會影響後續信號處理的準確性。我們將研究基綫恢復電路的設計，包括各種交流耦閤技術和反饋機製，以及如何有效去除直流分量，確保信號的準確測量。 第三部分：高速數據采集與數字處理 高質量的模擬信號需要通過高速數據采集和數字處理纔能轉化為有用的信息。本部分將聚焦於前端集成電路中的數字部分。 模數轉換器（Analog-to-Digital Converter, ADC）： 將模擬信號轉換為數字信號是前端電路的關鍵一步。對於PET成像，需要高精度、高采樣速率的ADC來捕獲快速變化的信號。我們將介紹不同類型的ADC架構，如逐次逼近寄存器（SAR）ADC、Sigma-Delta（Σ-Δ）ADC、流水綫（Pipelined）ADC等，並分析它們在PET應用中的適用性。我們將討論ADC的量化噪聲、非綫性、采樣速率以及功耗等關鍵指標，並探討如何在有限的資源下設計滿足性能需求的ADC。 觸發與時間測量（Triggering and Time Measurement）： PET成像需要精確的時間信息來區分不同事件，並進行符閤（Coincidence）判彆。本部分將深入探討觸發器的設計，包括閾值觸發、能量觸發等，以及如何實現低延遲、高精度的觸發。我們將介紹時間測量技術，如時間到數字轉換器（TDC）的設計原理，以及如何實現亞納秒級的時間分辨率。本書將詳細分析觸發和時間測量電路的噪聲和抖動對PET時間分辨率的影響，並提齣優化設計方案。 數字信號處理（Digital Signal Processing, DSP）： 一旦信號被數字化，就可以通過數字信號處理技術進行進一步的優化和分析。我們將討論數字濾波器（如FIR, IIR濾波器）、峰值檢測算法、能量計算等數字處理技術在PET前端電路中的應用。此外，我們還將探討如何在FPGA或ASIC中實現這些數字處理功能，以及如何優化算法以滿足實時性要求。 數據輸齣與接口（Data Output and Interface）： 數字化的數據需要有效地傳輸到後續的數據采集係統。本部分將介紹各種高速數據輸齣接口，如LVDS, MIPI, SerDes等，並討論如何選擇閤適的接口以滿足數據傳輸速率和功耗要求。我們將關注接口的電氣特性、時序要求以及 EMI/EMC 設計。 第四部分：先進設計技術與挑戰 隨著PET成像技術的不斷進步，前端集成電路的設計也麵臨著新的挑戰和機遇。本部分將探討一些先進的設計技術和前沿議題。 低功耗設計（Low-Power Design）： 尤其對於便攜式PET設備或需要大規模集成的前端係統，低功耗設計至關重要。我們將介紹各種低功耗設計策略，包括時鍾門控、動態電壓和頻率調整（DVFS）、亞閾值電路設計等。 高集成度與片上係統（High Integration and System-on-Chip, SoC）： 將更多的功能集成到單個芯片上可以減小尺寸、降低功耗並提高性能。我們將討論如何通過SOC設計將前端模擬電路、數字處理單元、存儲器等集成到一個芯片中，並分析在高度集成過程中可能遇到的挑戰，如串擾、熱效應等。 先進工藝技術（Advanced Process Technologies）： 采用更先進的CMOS工藝技術（如FinFET, GAAFET）可以實現更高的性能和更低的功耗。我們將探討先進工藝技術在PET前端電路設計中的應用，以及它們帶來的機遇與挑戰。 特殊應用場景的設計考量（Design Considerations for Special Applications）： 我們將探討針對不同PET應用場景（如科研型PET、臨床PET、PET/MRI融閤係統等）前端電路設計的特殊需求和優化方嚮。例如，對時間分辨率要求極高的PET（如ToF-PET）以及對低本底噪聲要求極高的PET（如低劑量PET）在前端設計上會有哪些側重點。 可靠性與測試（Reliability and Testing）： 集成電路的可靠性是其在實際應用中能否長期穩定工作的關鍵。我們將討論集成電路的設計可靠性，包括器件的可靠性、版圖的可靠性，以及測試策略，包括設計驗證、功能測試、性能測試等。 第五部分：未來發展趨勢 最後，我們將展望PET成像前端集成電路的未來發展趨勢。 智能化與自適應設計（Intelligent and Adaptive Design）： 探討如何利用AI和機器學習技術來實現前端電路的智能化調優和自適應工作，以應對復雜多變的成像環境。 新型探測器與前端接口（Novel Detectors and Front-End Interfaces）： 隨著新型探測器（如數字光電倍增管）的齣現，前端電路的設計也需要隨之演進，以更好地支持新型探測器的特性。 與AI圖像重建的協同設計（Co-design with AI Image Reconstruction）： 探索前端電路的設計如何與AI驅動的圖像重建算法更好地協同，以期實現端到端的性能優化。 結論 本書《PET成像前端集成電路設計》力求全麵、深入地解析PET成像前端集成電路的設計精髓。我們希望通過本書的閱讀，讀者能夠構建起紮實的理論基礎，掌握實用的設計技巧，並對PET成像技術的前沿發展有更深刻的理解。本書的編寫融閤瞭理論知識、設計經驗和對行業發展的洞察，希望能為推動PET成像技術及其相關集成電路設計領域的發展貢獻一份力量。 緻謝 （此部分為本書的常規結構，此處省略具體緻謝內容。） 參考文獻 （此部分為本書的常規結構，此處省略具體參考文獻內容。） 作者簡介 （此部分為本書的常規結構，此處省略具體作者簡介內容。）

评分☆☆☆☆☆

這本書的價值遠不止於紙麵上的知識傳遞，它更像是一份關於“如何思考”的指南。在閱讀過程中，我不斷地被引導去思考當前技術的局限性以及未來可能的發展方嚮。例如，在討論新型探測器接口時，作者提齣的幾種創新性解決方案讓我眼前一亮，這不僅是技術上的突破，更是思維上的拓展。我注意到，書中對噪聲分析和電磁兼容性（EMC）的關注度非常高，這體現瞭作者對工程實踐的重視。在設計一個能夠真正投入臨床使用的係統時，這些“非功能性”的需求往往是最考驗設計者功力的部分。這本書在這方麵的探討非常細緻，讓我對一個成熟的PET前端係統所需具備的素質有瞭全新的認識。

评分☆☆☆☆☆

我從一個業餘愛好者的角度來談談我的閱讀體驗。坦白說，這本書的專業深度讓我這個門外漢感到有些吃力，但正是這種挑戰性激發瞭我的好奇心。我花瞭大量時間去理解那些復雜的電路圖和參數描述，感覺就像在攀登一座知識的高峰。我尤其欣賞作者在解釋設計哲學時的那種嚴謹態度，他不僅僅是在告訴你“如何做”，更是在引導你思考“為什麼這麼做”。書中對不同設計權衡的討論非常深入，比如在靈敏度和功耗之間如何做齣取捨，這些實際問題讓我對集成電路設計有瞭更深刻的認識。雖然我可能無法完全掌握所有細節，但它讓我對PET成像這一前沿技術有瞭更宏觀的認識，激發瞭我對未來可能從事相關領域工作的興趣。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計非常吸引人，那種深邃的藍色調配上簡潔的白色字體，一下子就抓住瞭我的眼球。作為一名初涉這個領域的研究生，我對這本《PET成像前端集成電路設計》抱有很高的期待。我希望它能為我提供一個紮實的基礎，讓我能夠理解從傳感器到信號處理的整個流程。我特彆關注那些關於低噪聲放大器和時間分辨測量技術的章節，因為這些是影響PET係統性能的關鍵因素。這本書的排版也很舒服，圖文並茂，理論推導過程清晰易懂。雖然書名很專業，但我發現作者在介紹基礎概念時非常耐心，沒有那種高高在上的感覺。這對我這種需要快速建立知識體係的讀者來說，是莫大的幫助。我打算把它作為我未來一年學習和項目開發的主要參考資料，希望它能帶我領略到這個交叉學科的魅力。

评分☆☆☆☆☆

這本書的內容編排很有邏輯性，層次分明，適閤不同層次的讀者。對於那些已經有一定電路基礎的工程師來說，他們可以直接跳到自己感興趣的特定章節進行深入研究，比如高精度ADC的實現或者係統集成方麵的內容。而對於像我這樣需要從頭學起的人，前幾章對半導體器件特性的介紹和前端電路的基本原理講解得非常透徹，為後續的復雜設計打下瞭堅實的基礎。我特彆喜歡作者在引用相關文獻時錶現齣的學術態度，這使得整本書的知識體係非常可靠。我感覺這不僅僅是一本教材，更像是一位資深專傢手把手帶領你進行一次係統的學習旅程，每一步都走得踏實而有力。

评分☆☆☆☆☆

總體來看，這本書的學術嚴謹性和工程實用性達到瞭一個很好的平衡點。我尤其贊賞作者在處理那些經典設計範式時，能夠結閤最新的工藝技術和器件特性進行重新審視和優化。對於希望從事PET係統開發或者醫療影像設備設計的專業人士而言，這本書幾乎可以算作是案頭必備的工具書。我發現書中提供的仿真結果和實驗數據都很有說服力，使得理論推導不再是空泛的公式堆砌，而是有實際參考價值的指導。唯一美中不足的是，由於技術更新迭代速度快，某些特定工藝節點的描述可能需要讀者結閤最新的行業動態進行二次解讀，但這並不影響本書作為核心參考資料的地位。它成功地將復雜的物理過程與精密的電路實現緊密地聯係起來，展現瞭現代集成電路設計在醫療領域中的巨大潛力。