一种正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法与装置制造方法及图纸

一种正电子发射切伦科夫‑伽玛双辐射的成像方法，其包括步骤：安置可见光光子探测器与伽玛光子探测器，获得脉冲数据集；计算每个时间段多维数据样本的联合似然概率函数；判断当前接收到的数据片段否是来自于一个正电子发射事件；将所有正电子发射事件进行累计；建立系统对于每一个体素的传递函数；反演传递函数的输入。一种正电子发射切伦科夫‑伽玛双辐射的成像装置，其中包括富质子同位素注入模块、多辐射探测器模块、多事例时间符合模块、系统传递函数获取模块和核素分布图像重建模块。通过采用本发明专利技术的方法与装置，能有效提高正电子成像装置的空间分辨率、装置灵敏度和成像信噪比，特别适合于正电子在无损检测和生物医学成像上的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字信号处理、光电信号处理和核探测领域，尤其涉及一种单光子时间分辨的正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法与装置。
技术介绍
正电子发射断层成像（PositronEmissionTomography，以下简称PET）是一种非侵入性的造影方法，能无创、定量、动态地评估人体各器官的代谢水平、生化反应、功能活动和灌注。作为一种高敏感性的功能影像设备，PET在肿瘤、心血管系统疾病和神经系统疾病的早期诊断、治疗规划、疗效监测与评估等方面具有独特的价值。随着PET仪器在临床诊疗中应用的不断深入，医学界对PET仪器的性能和功能提出了新的需求，促使PET仪器的研究人员发展新的方法和技术，从系统设计、硬件装置到图像重建各个环节推动仪器的更新换代。传统的PET由于只探测由正电子湮灭的伽玛光子，丢失了部分可供获取的数据。实际上发射的正电子速度满足一定的条件时，将发射出可见光光子。因此，针对上述技术问题，有必要针对能够获取的单光子时间信息，提供一种新的正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法与装置，以克服上述缺陷。全面捕获单个正电子事件的角度（2-D）、时间(1-D)、位置(3-D)、能量(1-D)共7维信息。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法与装置，该方法与装置能有效地读出一个正电子事件的多个光子的电信号样本，通过多光子时间符合，剔除自发光事件，增大重构图像信噪比，避免基线漂移对读出信号的影响。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法，其包括步骤：S1：安置可见光光子探测器与伽玛光子探测器，获得正电子发射切伦科夫效应光子的脉冲数据集（时间、位置、波长、脉冲形状中的一种或者几种）与正电子衰变发出的伽玛光子对以及其他伽玛光子的脉冲数据集（时间、位置、波长、脉冲形状的一种或者几种）；S2：计算每个时间段多维数据样本的联合似然概率函数；S3：通过计算该时间段的多维数据集的联合多属性似然函数判断当前接收到的数据片段否是来自于一个正电子发射事件；S4：将所有正电子发射事件按照属性的不同进行累计；S5：通过实验和仿真，建立系统对于每一个体素的传递函数，这个传递函数的输入为体素的活度大小，而输出为每种属性标记的计数值；S6：将实测的不同属性的计数值作为传递函数的输出，反演传递函数的输入，即求解一个大规模的方程组，方程组的解即为每个体素的活度大小。优选地，在上述的正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法中，所述切伦科夫单事件是指单个放射性同位素原子核发射带电粒子在介质中发生切伦科夫效应。优选地，在上述的正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法中，所述的单光子事件是指生物体通过自发光或者正电子事件发出的单个可见光或软紫外光光子击中光电器件被吸收的事件。优选地，在上述的正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法中，所述伽玛光子对是指由正电子衰变而来的一对能量值约为511keV的动量相反的伽玛光子。优选地，在上述的正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法中，所述大规模的方程组的反演可以采用直接的方法，也可以采用迭代的方法。优选地，在上述的正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法中，所述正电子事件发生的位置是指核素发射带电粒子时核素在生物体中的位置，不同位置射入探测器的感光孔的相对位置不同。一种正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像装置，其中包括富质子同位素注入模块、多辐射探测器模块、多事例时间符合模块、系统传递函数获取模块和核素分布图像重建模块，其中，富质子同位素注入模块，用于对生物体中参与生理与生化过程的物质进行标记，其主要内容是屏蔽生物体以外的背景光，并使生物体带有可以发光的标记物；多辐射探测器模块，用于以多视角的方式实现对切伦科夫光子和伽玛光子对的探测。探测器模块的设计采用孔状的探测几何和单光子响应时间较快的光电器件，用以获取正电子事件的角度（2-D）、时间(1-D)、位置(3-D)、能量(1-D)共7维信息；多事例时间符合模块，用于判断多光子事件是否属于一次正电子事件，判断的标准是在较短的时间窗（例如50ns）内有多个单光子事件（不少于5个）；系统传递函数获取模块，用于获取系统的传递函数，一般可以采用实验和仿真的获得方式，而仿真的获得方式又包括数学仿真和蒙特卡洛仿真；核素分布图像重建模块，用于将带有属性的正电子事件集合重建成某一时刻的放射性活度分布。从上述技术方案可以看出，通过采用本专利技术的正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法与装置，能有效提高装置的成像信噪比，抵御生物组织自发光影响，特别适合于正电子同位素标记的临床或者小动物等活体成像。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）超高灵敏度，由于该方法和装置能够发掘更多的粒子信息，具备更高的系统精确度和成像定量准确度；（2）多视角全3D的探测器设计，一次扫描即可同时获取无数视角的切伦科夫光子信息；（3）抵御背景光和生物体自发光的事件时间符合设计，有利于降低成像的背景噪声，拒绝无关事件的干扰；（4）全事件读出设计可以全面的读出正电子事件丰富的多维信息：角度（2-D）、时间(1-D)、位置(3-D)、能量(1-D)。具体为以事件的形式记录光电器件的电信号。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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，下面描述中的有关本专利技术的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法的流程图。图2为本专利技术正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像装置的装置结构图。图3为本专利技术的正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的数据涨落示意图。图4为本专利技术切伦科夫-伽玛双辐射的光子路径示意图。图5为本专利技术典型的3重单光子事件符合示意图。图6为本专利技术典型的系统工作原理示意图。图7为本专利技术典型的正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像装置的探测器单元。图8为本专利技术图像质量测试假体的剖面图。图9为本专利技术图像质量测试假体用伽玛对事件作出的重建结果剖面图。图10为本专利技术图像质量测试假体用切伦科夫光子束作出的重建结果剖面图。图11为本专利技术图像质量测试假体用两种光子信息作出的重建结果剖面图。具体实施方式本专利技术公开了一种单光子时间分辨的正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法与装置，该方法与装置能有效地实现事件到达时间的标记，提升模块及装置的时间分辨率。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术公开的单光子时间分辨的正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法与装置通过以事件的数据形式采集单光子信号，再利用时间符合和估计理论甄别出正电子事件的位置，具体的方法步骤为：S1：安置可见光光子探测器与伽玛光子探测器，获得正电子发射切伦科夫效应光子的脉冲数据集（时间、位置、波长、脉冲形状中的一种或者几种）与正电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正电子发射切伦科夫‑伽玛双辐射的成像方法，其特征在于：包括步骤：S1：安置可见光光子探测器与伽玛光子探测器，获得正电子发射切伦科夫效应光子的脉冲数据集（时间、位置、波长、脉冲形状中的一种或者几种）与正电子衰变发出的伽玛光子对以及其他伽玛光子的脉冲数据集（时间、位置、波长、脉冲形状的一种或者几种）；S2：计算每个时间段多维数据样本的联合似然概率函数；S3：通过计算该时间段的多维数据集的联合多属性似然函数判断当前接收到的数据片段否是来自于一个正电子发射事件；S4：将所有正电子发射事件按照属性的不同进行累计；S5：通过实验和仿真，建立系统对于每一个体素的传递函数，这个传递函数的输入为体素的活度大小，而输出为每种属性标记的计数值；S6：将实测的不同属性的计数值作为传递函数的输出，反演传递函数的输入，即求解一个大规模的方程组，方程组的解即为每个体素的活度大小。

【技术特征摘要】
1.一种正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法，其特征在于：包括步骤：S1：安置可见光光子探测器与伽玛光子探测器，获得正电子发射切伦科夫效应光子的脉冲数据集（时间、位置、波长、脉冲形状中的一种或者几种）与正电子衰变发出的伽玛光子对以及其他伽玛光子的脉冲数据集（时间、位置、波长、脉冲形状的一种或者几种）；S2：计算每个时间段多维数据样本的联合似然概率函数；S3：通过计算该时间段的多维数据集的联合多属性似然函数判断当前接收到的数据片段否是来自于一个正电子发射事件；S4：将所有正电子发射事件按照属性的不同进行累计；S5：通过实验和仿真，建立系统对于每一个体素的传递函数，这个传递函数的输入为体素的活度大小，而输出为每种属性标记的计数值；S6：将实测的不同属性的计数值作为传递函数的输出，反演传递函数的输入，即求解一个大规模的方程组，方程组的解即为每个体素的活度大小。2.根据权利要求1所述的一种正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法，其特征在于：安置可见光光子探测器与伽玛光子探测器，获得正电子发射切伦科夫效应光子的脉冲数据集（时间、位置、波长、脉冲形状中的一种或者几种）与正电子衰变发出的伽玛光子对以及其他伽玛光子的脉冲数据集（时间、位置、波长、脉冲形状的一种或者几种）。3.根据权利要求1所述的一种正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法，其特征在于：计算每个时间段多维数据样本的联合似然概率函数。4.根据权利要求1所述的正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法，其特征在于：所述方法包括通过计算该时间段的多维数据集...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓贞宙，谢庆国，
申请(专利权)人：南京瑞派宁信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32