一种具有三维位置分辨能力的闪烁探测方法技术

本发明专利技术公开了一种具有三维位置分辨能力的闪烁探测方法。本方法为：使用放射源对闪烁探测装置每一闪烁单元内不同深度的事例进行定标，拟合出作用深度depth关于坐标X、Y的函数；对于所述闪烁探测装置探测到的任何一个未知事例，通过重心法求得该事例的X、Y坐标，然后根据该事例的X、Y坐标所在范围判断出所属闪烁单元编号ij，再通过该闪烁单元的编号ij选取对应的函数，求出该事例的depth的最大概率值，将最大概率值对应的深度depth作为该事例发生位置的第三维坐标信息；每一闪烁单元设有反光面，每一反光面由激光内雕形成的多个微爆裂点排列而成。本发明专利技术能获得作用深度的信息，而且具有很好的能量分辨与时间分辨。

【技术实现步骤摘要】
一种具有三维位置分辨能力的闪烁探测方法
本专利技术属于核辐射探测器
，具体涉及一种具有三维位置分辨能力的闪烁探测方法。
技术介绍
在γ射线探测领域，闪烁探测器是一种常用的探测器。其具有γ射线探测效率高、易做成较大的灵敏体积、对环境的适应性强等优点，是探测中高能γ射线的不二之选。在很多领域，需要对γ射线的入射位置进行判断，比如γ相机、正电子发射断层成像(PositronEmissionTomography，PET)、康普顿相机等等。通常，需要将闪烁体切割成条状组成阵列，再与位置灵敏型光探测器或者光探测器阵列耦合，即可得到对入射γ射线的位置判断能力。但是，这种普通的位置灵敏型闪烁探测器仅对垂直入射或近似垂直入射的γ射线有着较准确的判断，对于斜入射的γ射线入射位置的判断则存在较大的偏差，这是由于缺少γ射线在闪烁体条上的作用深度(Depth-Of-Interaction，DOI)信息造成的。为了得到γ射线在闪烁体条上的作用深度信息，往往需要对位置灵敏型闪烁探测器做特殊的处理，形成DOI型位置灵敏闪烁探测器。比如，将闪烁体条切割成多段，每一段放置发光特性不一样的闪烁体，通过信号波形来判断射线作用的闪烁体为哪一段；或者对反光层进行特殊设计，利用不同深度的闪烁光传播路径的差异来实现对作用深度的分辨；或者采取双端读出的方式，通过闪烁体条两端的信号幅度之比来判断作用深度；或者采用整块闪烁体耦合像素型光探测器阵列，通过闪烁光在各个像素上的分布来计算出事例作用位置。现有的三维定位方法里，采用闪烁体条双端读出的方式能够得到较高的作用深度分辨，但是却有如下弊端：1)造价较高。因为需要双端读出，所以使用的光探测器件数量是单端读出方法的两倍，会多出一部分造价。2)增加γ射线的散射。因为闪烁体两端都有光探测器覆盖，所以γ射线被闪烁体探测到之前会穿过一端的光探测器件，有一定几率被散射而影响探测。3)系统结构复杂。对于大型设备比如PET来说，在有限的探测器空间里双端读出增加了探测器系统的复杂程度，同时由于处理的电子学信号量的加倍也增加了电子学系统的复杂程度，也对散热系统提出了更高的要求。而采用单端读出的方法里，将闪烁体条切割成多段的方法能较容易实现对作用深度的分辨，但是远离光探测器件的闪烁体段的闪烁光在传播到光探测器件里的过程中会有较大损失，造成探测器的能量分辨、时间分辨受到影响，对于某些需要较好能量分辨与时间分辨的设备比如PET来说这是不利因素。而其余的单端读出方法需要对光探测器件的信号进行像素读出，后端需要强大的电子学处理能力。因为上述种种原因，目前尚无具有作用深度分辨能力的商用PET设备出售。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种具有三维位置分辨能力的闪烁探测方法。本专利技术的技术方案为：一种具有三维位置分辨能力的闪烁探测方法，其步骤包括：1)使用准直的放射源对闪烁探测装置每一闪烁单元内不同深度的事例进行定标，拟合出作用深度depth关于坐标X、Y的函数，即depth＝Fij(X)，depth＝Gij(Y)；其中，depth＝Fij(X)为所述闪烁探测装置中第i列第j行的闪烁单元对应的作用深度depth关于坐标X的函数Fij(X)，depth＝Gij(Y)为所述闪烁探测装置中第i列第j行的闪烁单元对应的作用深度depth关于坐标Y的函数Gij(Y)；其中，所述闪烁探测装置包括闪烁体阵列和光探测器阵列，闪烁体阵列的一面与光探测器阵列耦合，所述闪烁体阵列内每一闪烁单元设有反光面，每一反光面由激光内雕形成的多个微爆裂点排列而成；2)对于所述闪烁探测装置探测到的任何一个未知事例，通过重心法求得该事例的X、Y坐标，然后根据该事例的X、Y坐标所在范围判断出该事例所属闪烁单元编号ij，再通过该闪烁单元的编号ij选取对应的函数Fij(X)、Gij(Y)，求出该事例的作用深度depth的最大概率值，将最大概率值对应的深度depth作为该事例发生位置的第三维坐标信息。进一步的，拟合出作用深度depth关于坐标X、Y的函数的方法为：使用准直的放射源从不同深度入射到所述闪烁探测装置每一闪烁单元内，入射深度取depth1、depth2……depthN；对于第i列第j行的闪烁单元，放射源从不同设定深度depth入射时，分别通过重心法得到射线在闪烁单元中发生作用的事例平面位置坐标X、Y，对于每一个设定深度depthn，采集到多个的事例后，得到其对应的X、Y坐标的分布，取得到的各分布的期望值Xn、Yn为深度判断函数Fij(X)以及Gij(Y)的自变量抽样值，这样，对于深度判断函数depth＝Fij(X)以及depth＝Gij(Y)，得到一系列的抽样值(depthn，Xn)，(depthn，Yn)；以Xn为横坐标，depthn为纵坐标进行拟合，得到深度判断函数depth＝Fij(X)，以Yn为横坐标，depthn为纵坐标进行拟合，得到深度判断函数depth＝Gij(Y)。进一步的，通过重心法公式计算出平面位置坐标X；其中，n为光探测器阵列的列数，i为光探测器所在列编号，Xi为第i列光探测器接收到的闪烁光信号总和，ai为位置加权系数，E为所有光探测器接收到的闪烁光信号总和。进一步的，所述反光面对闪烁光具有一定的透光率；根据微爆裂点排列的密度调节该透光率。与现有技术相比，本专利技术的积极效果为：本专利技术设计了一种基于激光内雕技术(sub-surfacelaserengraving，SSLE)的单端读出连续DOI定位方法，利用传统的重心法得到事例的平面(X，Y)位置的同时，也能获得作用深度的信息，而且还能保持很好的能量分辨与时间分辨，也不需要任何额外的电子学或处理额外的电子学信号，适合于大型设备的工程化。附图说明图1为采用激光内雕技术在整块闪烁体内雕刻出反光面，形成闪烁体阵列图；图2为雕刻出的闪烁体阵列的一面与光探测器阵列耦合示意图；图3为定标过程示意图。具体实施方式在下述具体实施示例中，结合附图对本专利技术进行进一步的详细说明。通过足够详细的描述这些实施示例，使得本领域技术人员能够实践本专利技术。在不脱离本专利技术的主旨和范围的情况下，可以对实施做出逻辑的、实现的和其他的改变。因此，以下详细说明不应该被理解为限制意义，本专利技术的范围由权利要求来限定。本专利技术采用激光内雕技术在整块闪烁体内雕刻出反光面，形成闪烁体阵列，如图1所示，激光内雕雕刻面将整块闪烁体分割为由多条闪烁单元组成的阵列；由于激光内雕形成的反光面是由许多的微爆裂点排列而成，所以此反光面对闪烁光的反射并不是100％，而是有一定的透光性的，这个透光率可以根据微爆裂点排列的密度来调节。雕刻出的闪烁体阵列的一面与光探测器阵列耦合，示意图如图2所示，竖线代表反光面，入射的伽玛射线与闪烁体作用会产生闪烁光，闪烁光发射方向为各向同性，图中只画出了部分方向的闪烁光；闪烁光到达反光面时，有一定的概率被反射，另一部分会透射到其他闪烁单元。通过图1的俯视图可以得知闪烁单元之间是以SSLE雕刻面分隔开的，反射面的反光率根据需求来设置，可以设置为一样的，也可以设置为不一样的。对于左边的闪烁单元，位于上面的A作用点产生的闪烁光相对于B点产生的闪烁光会有更大的几率通过漫反射以及透射被主接收光探测器D1之外的光探测器D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有三维位置分辨能力的闪烁探测方法，其步骤包括：1)使用准直的放射源对闪烁探测装置每一闪烁单元内不同深度的事例进行定标，拟合出作用深度depth关于坐标X、Y的函数，即depth＝Fij(X)，depth＝Gij(Y)；其中，depth＝Fij(X)为所述闪烁探测装置中第i列第j行的闪烁单元对应的作用深度depth关于坐标X的函数Fij(X)，depth＝Gij(Y)为所述闪烁探测装置中第i列第j行的闪烁单元对应的作用深度depth关于坐标Y的函数Gij(Y)；其中，所述闪烁探测装置包括闪烁体阵列和光探测器阵列，闪烁体阵列的一面与光探测器阵列耦合，所述闪烁体阵列内每一闪烁单元设有反光面，每一反光面由激光内雕形成的多个微爆裂点排列而成；2)对于所述闪烁探测装置探测到的任何一个未知事例，通过重心法求得该事例的X、Y坐标，然后根据该事例的X、Y坐标所在范围判断出该事例所属闪烁单元编号ij，再通过该闪烁单元的编号ij选取对应的函数Fij(X)、Gij(Y)，求出该事例的作用深度depth的最大概率值，将最大概率值对应的深度depth作为该事例发生位置的第三维坐标信息。

【技术特征摘要】
1.一种具有三维位置分辨能力的闪烁探测方法，其步骤包括：1)使用准直的放射源对闪烁探测装置每一闪烁单元内不同深度的事例进行定标，拟合出作用深度depth关于坐标X、Y的函数，即depth＝Fij(X)，depth＝Gij(Y)；其中，depth＝Fij(X)为所述闪烁探测装置中第i列第j行的闪烁单元对应的作用深度depth关于坐标X的函数Fij(X)，depth＝Gij(Y)为所述闪烁探测装置中第i列第j行的闪烁单元对应的作用深度depth关于坐标Y的函数Gij(Y)；其中，所述闪烁探测装置包括闪烁体阵列和光探测器阵列，闪烁体阵列的一面与光探测器阵列耦合，所述闪烁体阵列内每一闪烁单元设有反光面，每一反光面由激光内雕形成的多个微爆裂点排列而成；2)对于所述闪烁探测装置探测到的任何一个未知事例，通过重心法求得该事例的X、Y坐标，然后根据该事例的X、Y坐标所在范围判断出该事例所属闪烁单元编号ij，再通过该闪烁单元的编号ij选取对应的函数Fij(X)、Gij(Y)，求出该事例的作用深度depth的最大概率值，将最大概率值对应的深度depth作为该事例发生位置的第三维坐标信息。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，拟合出作用深度depth关于坐标X、Y的函数的方法为：使用准直的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐浩辉，章志明，王英杰，李道武，柴培，韩笑柔，魏龙，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11