一种切伦科夫单事件的探测方法与装置制造方法及图纸

一种切伦科夫单事件的探测方法，其包括步骤：通过给定地机械加工，获得多孔状的衬底；在多孔状的衬底上，外延或者粘贴一组工作在盖革模式下的雪崩倍增光敏器件阵列；通过实验和仿真，获得光敏器件对于视场范围内每一个像素（或者体素）的系统响应矩阵；从光敏器件阵列输出的高速信号中重建切伦科夫单事件的时间和射入角度信息。一种切伦科夫单事件的探测装置，其中包括孔状衬底机械模块、光敏阵列模块、系统响应矩阵计算模块、单事件重建模块。通过采用本发明专利技术的切伦科夫单事件的探测方法与装置，能有效提高探测的切伦科夫事件的装置空间分辨率、时间分辨率、装置灵敏度和成像信噪比，特别适合于切伦科夫辐射事件在高能物理和医学成像上的应用。

【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切伦科夫单事件的探测方法与装置。
技术介绍
切伦科夫单事件的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。光学成像装置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，切伦科夫单事件的探测也可发展为一种典型的分子影像成像方式。在切伦科夫单事件的探测方法上，现有的技术为透镜加科学级CCD相机。而事实上，切伦科夫单事件持续的时间较短，CCD器件输出的光电信号持续时间太长。绝大多数情形下，所搜集的信号的快速变化的成分淹没在电流的积分当中。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，提供一种新的切伦科夫单事件的探测方法与装置，以克服上述缺陷。着重捕获切伦科夫单事件的时间信息。
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单事件的探测方法与装置，该方法与装置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，极大得保持了与切伦科夫效应相关的信息原貌。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种切伦科夫单事件的探测方法，其包括步骤：S1：通过给定地机械加工，获得多孔状的衬底；S2：在多孔状的衬底上，外延或者粘贴一组工作在盖革模式下的雪崩倍增光敏器件阵列；S3：通过实验和仿真，获得光敏器件对于视场范围内每一个像素（或者体素）的系统响应矩阵；S4：从光敏器件阵列输出的高速信号中重建切伦科夫单事件的时间和射入角度信息。优选地，在上述的切伦科夫单事件的探测方法中，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，在上述的切伦科夫单事件的探测方法中，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，在上述的切伦科夫单事件的探测方法中，所述时间符合是指多个单光子（不少于10个）事件在很短的时间内（例如10ns）发生，即认为这些单光子事件属于同一次切伦科夫单事件。优选地，在上述的切伦科夫单事件的探测方法中，所述工作在盖革模式下的雪崩倍增光敏器件阵列是指工作在盖革模式下的雪崩光电二极管组成的阵列，其对光子的响应时间较快。优选地，在上述的切伦科夫单事件的探测方法中，所述切伦科夫事件入射角度是指核素发射带电粒子时核素在生物体中的射束方向，不同方向射入探测器的感光孔的相对位置不同。一种切伦科夫单事件的探测装置，其中包括孔状衬底机械模块、光敏阵列模块、系统响应矩阵计算模块、单事件重建模块，其中，孔状衬底机械模块，用于支撑光敏阵列模块，具有孔状结构；光敏阵列模块，用于以多视角的方式实现对切伦科夫光子的探测。光敏阵列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电子学设计，用以获取单光子的时间信息，一般采用工作在盖革模式下的雪崩倍增光电二极管阵列；系统响应矩阵计算模块，用于计算视场内的每一个体素对孔内光敏器件的系统响应矩阵；单事件重建模块，用于将符合的单光子信息重建成切伦科夫事件的属性。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单事件的探测方法与装置，能有效提高装置的成像信噪比，抵御生物组织自发光影响，特别适合于小动物或者临床浅表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）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；（2）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；（3）高速光电信号设计，采用工作在盖革模式下的雪崩倍增光电二极管可以提升响应速度，捕获单光子脉冲的时间信息，保留了切伦科夫单事件的时变信息。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为本专利技术切伦科夫单事件的探测方法的流程图；图2为本专利技术切伦科夫单事件的探测装置的装置结构图；图3为本专利技术的切伦科夫单事件中各个光子的死时间级联示意图；图4为本专利技术切伦科夫单事件的辐射光子方向的示意图；图5为本专利技术典型的切伦科夫单事件的探测装置的系统框图；图6为本专利技术典型的切伦科夫单事件的探测光子的时间差计算；图7为本专利技术射出动能为17.05keV的切伦科夫单事件的光脉冲；图8为本专利技术射出动能为6.32keV的切伦科夫单事件的光脉冲；图9为本专利技术切伦科夫单事件读出前端电路的正面版图；图10为本专利技术切伦科夫单事件读出前端电路的背面版图。具体实施方式本专利技术公开了一种单光子时间分辨的切伦科夫单事件的探测方法与装置，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切伦科夫单事件的探测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切伦科夫事件的位置，具体的方法步骤为：S1：通过给定地机械加工，获得多孔状的衬底；S2：在多孔状的衬底上，外延或者粘贴一组工作在盖革模式下的雪崩倍增光敏器件阵列；S3：通过实验和仿真，获得光敏器件对于视场范围内每一个像素（或者体素）的系统响应矩阵；S4：从光敏器件阵列输出的高速信号中重建切伦科夫单事件的时间和射入角度信息。以上单光子时间分辨的切伦科夫单事件的探测装置中，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。以上单光子时间分辨的切伦科夫单事件的探测装置中，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。以上单光子时间分辨的切伦科夫单事件的探测装置中，所述时间符合是指多个单光子（不少于10个）事件在很短的时间内（例如10ns）发生，即认为这些单光子事件属于同一次切伦科夫单事件。以上单光子时间分辨的切伦科夫单事件的探测装置中，所述工作在盖革模式下的雪崩倍增光敏器件阵列是指工作在盖革模式下的雪崩光电二极管组成的阵列，其对光子的响应时间较快。以上单光子时间分辨的切伦科夫单事件的探测装置中，所述切伦科夫事件入射角度是指核素发射带电粒子时核素在生物体中的射束方向，不同方向射入探测器的感光孔的相对位置不同。如图2所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切伦科夫单事件的探测方法，其特征在于：包括步骤：S1：通过给定地机械加工，获得多孔状的衬底；S2：在多孔状的衬底上，外延或者粘贴一组工作在盖革模式下的雪崩倍增光敏器件阵列；S3：通过实验和仿真，获得光敏器件对于视场范围内每一个像素（或者体素）的系统响应矩阵；S4：从光敏器件阵列输出的高速信号中重建切伦科夫单事件的时间和射入角度信息。

【技术特征摘要】
1.一种切伦科夫单事件的探测方法，其特征在于：包括步骤：S1：通过给定地机械加工，获得多孔状的衬底；S2：在多孔状的衬底上，外延或者粘贴一组工作在盖革模式下的雪崩倍增光敏器件阵列；S3：通过实验和仿真，获得光敏器件对于视场范围内每一个像素（或者体素）的系统响应矩阵；S4：从光敏器件阵列输出的高速信号中重建切伦科夫单事件的时间和射入角度信息。2.根据权利要求1所述的一种切伦科夫单事件的探测方法，其特征在于：获得的单光子事件的单探测单元脉冲样本是与单光子事件关联的多维属性集合。3.根据权利要求1所述的一种切伦科夫单事件的探测方法，其特征在于：通过给定地机械加工，获得多孔状的衬底。4.根据权利要求1所述的切伦科夫单事件的探测方法，其特征在于：在多孔状的衬底上，外延或者粘贴一组工作在盖革模式下的雪崩倍增光敏器件阵列。5.根据权利要求1所述的切伦科夫单事件的...

【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