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采用飞行时间技术的TOF-PET相比传统PET,可以提供更清晰的影像,是PET仪器的重要发展趋势。新型光电探测器Si PM有潜力取代PMT在(TOF-)PET探测器中得到应用,但同时也对读出电子学的集成度和性能提出了挑战。本文针对(TOF-)PET探测器的应用需求,对SiPM阵列探测器的读出电路进行了研究。飞行时间技术的关键在于对时间的精确测量,本文对晶体、Si PM和读出电路的时间特性进行了建模和蒙特卡洛仿真,研究了晶体参数、渡越时间、单光子波形、暗噪声和电路噪声等因素对时间分辨的影响。基于最优过阈时刻的概念,分析了读出电路的带宽和噪声对时间分辨的影响,并采用电流模式输入级设计优化了Si PM前端读出电路,使读出电路的带宽和噪声不会成为影响探测器时间分辨的主要因素。在多通道阵列探测器读出系统中,通道之间的定时阈值不一致是常见的问题,这会导致探测器模块的时间分辨变差。这一问题在本文所采用的电流模式输入级中体现得尤为明显。为了解决阈值不一致问题,本文设计了通道阈值微调电路,并提出了一种利用Si PM暗计数特性进行自动在线阈值校准的方法,通过实验验证了这一校准方法的可行性。本文研制了一款64通道Si PM阵列读出芯片EXYT。此芯片采用具备自动阈值校准功能的电流模式输入级以实现定时测量,结合片内电阻网络进行能量和位置信息提取,并且通过门控开关的功能可有效抑制暗噪声和缩短死时间。芯片采用0.18μm CMOS工艺流片,测试验证芯片所有功能正常,功耗为每通道3毫瓦。基于EXYT芯片研制了TOF-PET探测器模块,可对单根2 mm方形截面尺寸的16×16 LYSO晶体阵列进行清晰分辨,并实现15%的平均能量分辨。探测器模块在耦合2×2×14 mm3晶体的定时测量实验中,可实现小于300 ps(FWHM)的符合时间分辨,满足TOF-PET的应用需求。本文还研究了基于时间的SiPM阵列读出电路,分别采用积分放电法和过阈时间法研制了两款读出芯片,适用于高计数率、精确能量测量等应用场景,可作为EXYT读出方案的补充。