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基于中国科学院近代物理研究所重离子研究装置(Heavy Ion Research Facility at Lanzhou，HIRFL)和重离子冷却存储环(Cooler Storage Ring，CSR)提供的重离子束，应用于肿瘤放射治疗具有物理学和生物学两方面的优势。重离子放疗已被证明是放射治疗当中最先进有效的技术之一，成为放疗领域的最前沿。在甘肃武威建成的国产重离子治癌装置(Heavy-Ion Cancer Therapy Device，HICTD)已经获得国家医疗器械注册证。为进一步提升治疗技术，提高与国际一流重离子治疗设备竞争力，需要不断地开展重离子治疗新技术的研发。
安装于治疗现场且位于束流线上的正电子发射断层扫描成像(Positron Emission Tomography,PET)被称为在束PET（in-beam PET,ibPET），作为重离子治癌装置中的关键探测器，实现在重离子治疗肿瘤时对入射束流定位及剂量的实时、快速、准确的影像监测，从而确保病人的安全及治疗方案的准确实施。影响ibPET成像系统性能的因素主要包括探测器性能、读出电子学分辨率和图像重建算法的优劣。其中读出电子学起到决定性作用，本文目的是设计一种高精度、结构简单、性能优异、架构合理的电子学电路用来处理探测器输出信号。其主要由数据获取单元（Data Acquisition Unit,DAQU）电子学、符合处理单元（Coincidence Processing Unit,CPU）电子学和时钟同步单元电子学（Clock and Synchronization Unit，CSU）组成，系统的核心功能部分是数据获取单元DAQU。
本文基于重离子治癌装置的ibPET成像系统应用需求，主要设计实现了读出电子学系统中的核心电子学DAQU。探测器输出的电荷和时间信号馈入DAQU中完成击中事例的能量、位置和时间信息的测量。本文研究了高精度的电荷和时间测量技术保证测量精度;基于现场可编程逻辑阵列(Field Program Gate Array,FPGA)设计实现了相应的逻辑功能和处理算法，设计实现了时间数字转换模块（Time to Digital Converter，TDC）。DAQU电子学包括前端预处理单元(Preprocessing Unit，PPU)和数据处理单元(Data Processing Unit,DPU)。电荷测量采用反相放大、滤波成形、模拟数字转换(Analog to Digital Converter，ADC)技术结合积分面积算法实现;时间测量使用快放大、前沿甄别结合时间-数字变换(TDC)技术实现。基于以上研究基础，成功研制了DAQU电子学并进行了相应的测试验证工作。电荷测量固有分辨与时间测量精度分别优于5.5‰半高全宽(FWHM)和300ps FWHM，结果表明电子学本征性能好于应用需求。随后联合探测器组成探测系统，利用22Na源进行了系统级的测试，结果表明整个系统的能量分辨为14％FWHM@511KeV，且符合测量时间分辨优于1.12ns。Flood Map统计图显示良好的位置鉴别能力，可以清楚的区分开LYSO晶体阵列探测器中484个晶体。DAQU电子学功能和性能均满足应用需求。
安装于治疗现场且位于束流线上的正电子发射断层扫描成像(Positron Emission Tomography,PET)被称为在束PET（in-beam PET,ibPET），作为重离子治癌装置中的关键探测器，实现在重离子治疗肿瘤时对入射束流定位及剂量的实时、快速、准确的影像监测，从而确保病人的安全及治疗方案的准确实施。影响ibPET成像系统性能的因素主要包括探测器性能、读出电子学分辨率和图像重建算法的优劣。其中读出电子学起到决定性作用，本文目的是设计一种高精度、结构简单、性能优异、架构合理的电子学电路用来处理探测器输出信号。其主要由数据获取单元（Data Acquisition Unit,DAQU）电子学、符合处理单元（Coincidence Processing Unit,CPU）电子学和时钟同步单元电子学（Clock and Synchronization Unit，CSU）组成，系统的核心功能部分是数据获取单元DAQU。
本文基于重离子治癌装置的ibPET成像系统应用需求，主要设计实现了读出电子学系统中的核心电子学DAQU。探测器输出的电荷和时间信号馈入DAQU中完成击中事例的能量、位置和时间信息的测量。本文研究了高精度的电荷和时间测量技术保证测量精度;基于现场可编程逻辑阵列(Field Program Gate Array,FPGA)设计实现了相应的逻辑功能和处理算法，设计实现了时间数字转换模块（Time to Digital Converter，TDC）。DAQU电子学包括前端预处理单元(Preprocessing Unit，PPU)和数据处理单元(Data Processing Unit,DPU)。电荷测量采用反相放大、滤波成形、模拟数字转换(Analog to Digital Converter，ADC)技术结合积分面积算法实现;时间测量使用快放大、前沿甄别结合时间-数字变换(TDC)技术实现。基于以上研究基础，成功研制了DAQU电子学并进行了相应的测试验证工作。电荷测量固有分辨与时间测量精度分别优于5.5‰半高全宽(FWHM)和300ps FWHM，结果表明电子学本征性能好于应用需求。随后联合探测器组成探测系统，利用22Na源进行了系统级的测试，结果表明整个系统的能量分辨为14％FWHM@511KeV，且符合测量时间分辨优于1.12ns。Flood Map统计图显示良好的位置鉴别能力，可以清楚的区分开LYSO晶体阵列探测器中484个晶体。DAQU电子学功能和性能均满足应用需求。