一种切伦科夫辐射成像方法与系统技术方案

一种切伦科夫辐射成像方法，其包括步骤：注入可发射带电粒子的同位素；读出带电粒子发出切伦科夫光子射向探测器模组的光子计数和每个计数的时间；对读到的切伦科夫光子进行时间符合；通过光子在孔内的相对位置来估计切伦科夫事件发生的位置；在通过多光子的能量、角度展宽进行判选，触发后再从切伦科夫事件的电脉冲集合中获取角度、动量等其他感兴趣的信息。一种切伦科夫辐射成像系统，其中包括同位素注入模块、光电探测器模块、多事例时间符合模块、切伦科夫事件估计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切伦科夫成像方法与系统，能有效提高系统空间分辨率和成像信噪比，特别适合于在体的小动物成像和浅表的临床诊断中的应用。

【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切伦科夫辐射成像方法与系统。
技术介绍
切伦科夫辐射探测是一种由切伦科夫效应发射可见光和近红外光光子的光学成像方法。带有切伦科夫辐射的放射性同位素可作为在体成像的探针，通过参与生物体的各种生理和生化的过程，可构成一种新型的成像方法，在光学成像和多模医学成像中有广泛的应用价值。2010年美国AlessandroRuggiero等(J.Nucl.Med.2010,51:1123-1130)证实采用单视角透镜观测带有α或者β衰变的放射性同位素发射的高速带电粒子在介质中可发射切伦科夫辐射，并且辐射的光子具有一定的穿透组织的能力。光学成像系统可以对这些放射性同位素进行在体医学成像。这意味着除了单光子发射断层成像、正电子发射断层成像以外，切伦科夫辐射探测也可发展为一种典型的分子影像成像方式。除开切伦科夫成像方法以外，还存在SPECT（单光子发射断层成像）、PET（正电子发射断层成像）等分子影像方法。然而，SPECT和PET所采用的标记方法是高能射线标记。需要采用高密度的闪烁体将高能光子转化为可见光光子，因而具有较高的造价。而现有的切伦科夫成像系统由于采用透镜设计，其探测效率低，成像时间长，灵敏度不如现有的PET成像。因此，针对上述技术问题，有必要针对能够获取的切伦科夫事件信息，提供一种新的切伦科夫辐射成像方法与系统，以克服上述缺陷。全面捕获单个切伦科夫辐射事件的中心角度（2-D）、展宽角度（4-D）、时间(1-D)、位置(3-D)、动量(3-D)共13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切伦科夫辐射成像方法与系统，该方法与系统能有效地读出一个切伦科夫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：一种切伦科夫辐射成像方法，其包括步骤：S1：注入可发射带电粒子的同位素；S2：读出带电粒子发出切伦科夫光子射向探测器模组的光子计数和每个计数的时间；S3：对读到的切伦科夫光子进行时间符合；S4：通过光子在孔内的相对位置来估计切伦科夫事件发生的位置；S5：在通过多光子的能量、角度展宽进行判选，触发后再从切伦科夫事件的电脉冲集合中获取角度、动量等其他感兴趣的信息。优选地，在上述的切伦科夫辐射成像方法中，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的事件。优选地，在上述的切伦科夫辐射成像方法中，所述的单光子事件是指生物体通过自发光或者切伦科夫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，在上述的切伦科夫辐射成像方法中，所述时间符合是指多个单光子（不少于7个）事件在很短的时间内（例如70ns）发生，即认为这多个单光子事件属于同一次切伦科夫单事件。优选地，在上述的切伦科夫辐射成像方法中，所述光子在孔内的相对位置是指光子在探测器模组孔内的相对位置，这个相对位置决定于射线入射角度。优选地，在上述的切伦科夫辐射成像方法中，所述切伦科夫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。优选地，在上述的切伦科夫辐射成像方法中，所述探测器的感光孔是指建造在探测器底座上的孔状几何，这些孔用于确定切伦科夫辐射发生的位置。一种切伦科夫辐射成像系统，其中包括同位素注入模块、光电探测器模块、多事例时间符合模块、切伦科夫事件估计模块和核素分布图像重建模块，其中，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；光电探测器模块，用于以多视角的方式实现对切伦科夫光子的探测。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，用以获取切伦科夫事件的中心角度（2-D）、展宽角度（4-D）、时间(1-D)、位置(3-D)、动量(3-D)共13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切伦科夫事件，判断的标准是在较短的时间窗（例如7ns）内有多个单光子事件（不少于7个）；切伦科夫事件估计模块，用于将符合的单光子信息重建成切伦科夫事件的属性。核素分布图像重建模块，用于将带有属性的切伦科夫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切伦科夫辐射成像方法与系统，能有效提高系统的成像信噪比，抵御生物组织自发光影响，特别适合于小动物等成像深度要求不高的活体成像。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）无透镜设计，接收到的切伦科夫光子数多，进而可以获得较高的图像信噪比；（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时间符合设计，有利于降低成像的背景噪声；（4）全事件读出设计可以全面的读出切伦科夫事件丰富的多维信息：中心角度（2-D）、展宽角度（4-D）、时间(1-D)、位置(3-D)、动量(3-D)等，具体为以事件的形式记录光电器件的电信号衍生出的事件属性。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为本专利技术的切伦科夫辐射成像方法的流程图。图2为本专利技术的切伦科夫辐射成像系统的系统结构图。图3为本专利技术的切伦科夫辐射成像系统响应线的似然函数分布。图4为本专利技术圆环型单光子时间分辨的切伦科夫辐射成像系统。图5为本专利技术典型的双重事件符合示意图。图6为本专利技术典型的Derenzo假体剖面图。图7为本专利技术典型的Derenzo假体按照切伦科夫光子数据重建的剖面图。图8为本专利技术典型的Derenzo假体按照伽玛光子数据重建的剖面图。图9为本专利技术典型的Derenzo假体按照双重光子事件数据重建的剖面图。图10为本专利技术平板型单光子时间分辨的切伦科夫辐射成像系统。具体实施方式本专利技术公开了一种单光子时间分辨的切伦科夫辐射成像方法与系统，该方法与系统能有效地实现事件到达时间的标记，提升模块及系统的时间分辨率。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切伦科夫辐射成像方法与系统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切伦科夫事件的位置，具体的方法步骤为：S1：注入可发射带电粒子的同位素；S2：读出带电粒子发出切伦科夫光子射向探测器模组的光子计数和每个计数的时间；S3：对读到的切伦科夫光子进行时间符合；S4：通过光子在孔内的相对位置来估计切伦科夫事件发生的位置；S5：在通过多光子的能量、角度展宽进行判选，触发后再从切伦科夫事件的电脉冲集合中获取角度、动量等其他感兴趣的信息。以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切伦科夫辐射成像方法，其特征在于：包括步骤：S1：注入可发射带电粒子的同位素；S2：读出带电粒子发出切伦科夫光子射向探测器模组的光子计数和每个计数的时间；S3：对读到的切伦科夫光子进行时间符合；S4：通过光子在孔内的相对位置来估计切伦科夫事件发生的位置；S5：在通过多光子的能量、角度展宽进行判选，触发后再从切伦科夫事件的电脉冲集合中获取角度、动量等其他感兴趣的信息。

【技术特征摘要】
1.一种切伦科夫辐射成像方法，其特征在于：包括步骤：S1：注入可发射带电粒子的同位素；S2：读出带电粒子发出切伦科夫光子射向探测器模组的光子计数和每个计数的时间；S3：对读到的切伦科夫光子进行时间符合；S4：通过光子在孔内的相对位置来估计切伦科夫事件发生的位置；S5：在通过多光子的能量、角度展宽进行判选，触发后再从切伦科夫事件的电脉冲集合中获取角度、动量等其他感兴趣的信息。2.根据权利要求1所述的一种切伦科夫辐射成像方法，其特征在于：对生物活体注入可发射带电粒子的同位素或直接辐照带电粒子束，并尽可能地降低背景光子，使成像环境尽可能的处于静息和非曝光的状态下。3.根据权利要求1所述的一种切伦科夫辐射成像方法，其特征在于：切伦科夫辐射探测采用光子计数的方法读出每一个光子的时间信息，所采用的光电器件通常为具有光子事例分辨的能力，比如PMT（PhotomultiplierTube）、SiPM(SiliconPhotomultiplier)、APD（Avalanchephotodetector）等，可以读出单个光子事例的时间信息。4.根据权利要求1所述的切伦科夫辐射成像方法，其特征在于：所述切伦科夫事件的位置信息由孔内读出的相对位置进行重建。5.根据权利要求1所述的切伦科夫辐射成像方法，其特征在于：所述切伦科夫辐射事件的判定由多个孔中的读出光子时间符合而定，具体是在很短的时间内有多个（不少于5个）通...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢庆国，邓贞宙，
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