一种基于离散晶体的高能光子反应深度的定位方法技术

一种基于离散晶体的高能光子反应深度的定位方法，该方法利用离散晶体映射解码图中的反应深度信息，直接确定高能光子的反应深度，其包括如下步骤：a)标定高能光子反应深度与解码位置的对应关系；b)根据反应深度定位要求设定反应深度定位级别；c)根据反应深度级别确定反应深度分割边界；d)基于反应深度分割边界，由高能光子解码位置定位高能光子的反应深度。根据本发明专利技术的上述方法，通过建立反应深度与解码位置的对应关系和反应深度分割边界，不仅能有效解出高能光子反应深度信息，而且不需要传统方法中针对深度定位附加设计的复杂结构，节约成本，简单有效。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，该方法利用离散晶体映射解码图中的反应深度信息，直接确定高能光子的反应深度，其包括如下步骤：a)标定高能光子反应深度与解码位置的对应关系；b)根据反应深度定位要求设定反应深度定位级别；c)根据反应深度级别确定反应深度分割边界；d)基于反应深度分割边界，由高能光子解码位置定位高能光子的反应深度。根据本专利技术的上述方法，通过建立反应深度与解码位置的对应关系和反应深度分割边界，不仅能有效解出高能光子反应深度信息，而且不需要传统方法中针对深度定位附加设计的复杂结构，节约成本，简单有效。【专利说明】
本专利技术涉及发射成像
，具体地，涉及一种定位高能光子反应深度的方法。
技术介绍
基于“闪烁晶体+光电传感器”的探测器技术是高能射线探测的常用方法，如图1所示。闪烁晶体用以阻击高能光子并转化为低能光子，光电传感器利用光电转换、信号倍增形成脉冲信号，通过二者的配合实现了对高能光子的探测，并进一步定位。目前，高能光子的定位主要由两种方法:基于尚散晶体的闻能光子定位技术和基于连续晶体的闻能光子定位技术。基于离散晶体的高能光子定位技术中，闪烁晶体通常做成长条形并且排列成二维阵列形式，闪烁晶体之间用反光片隔开并阻止透光，利用光共享设置和Anger Logic方法(Anger重心法)得到映射解码图(或叫二维位形图、泛场直方图)，实现了离散晶体阵列的二维位置解码；基于连续晶体的高能光子定位技术中，直接利用光电传感器探测的光信号分布规律，采用神经网络等方法计算定位高能光子反应的三维位置。由于连续晶体的定位受晶体均匀性、定位计算的算法的准确性和效率等因素的影响，并不成熟，目前几乎都采用离散晶体的高能光子定位方法。然而，目前的离散晶体的高能光子定位技术只能计算出二维位置，另外一个维度(即反应深度，Depth of Interaction，DOI)通常省略，并将其称为“反应深度效应”，作为降低图像质量的一个因素。随着发射成像技术向高图像空间分辨率的发展，“反应深度效应”的存在是高能光子探测与定位的一大缺陷，是造成探测系统三维空间分辨率下降的重要因素。目前克服“反应深度效应”均需要借助额外的设计方能得到部分DOI信息，图2a?2f显示了克服离散晶体“反应深度效应”的六种常用方法:方法一:两层相同的闪烁晶体和光电传感器，如图2a所示。这种方法增加了电路系统的复杂度和探测木块组装的难度，增加了成本。方法二:双层晶体材料，如图2b所示，用不同种类的闪烁晶体材料拼接成长条形晶体，第一种闪烁晶体和第二种闪烁晶体是两种不同材料的闪烁晶体。不同材料的闪烁晶体具有不同的能量谱和衰减时间，通过测定光电信号的能量和衰减时间来辨别高能光子在哪种闪烁晶体内发生反应。此种方法的缺点是两种闪烁晶体的组装增加了工艺的复杂度，并且在两种晶体材料之间增加了一层耦合面，会造成能量的损失。方法三:采用双层晶体交错排列，如图2c所示，上下两层晶体存在空间位置的偏移。由于这种空间位置的交错，伽马光子在上下两层晶体中分别发生反应会在映射解码图中分别对应不同的位置，从而实现对高能光子反应深度的定位。这种方法的缺点是需要设计两层位置交错的闪烁晶体，加工工艺要求高，同时在两层晶体之间增加了一层耦合面，造成额外的能量损失。方法四:单层晶体+双层光电传感器，如图2d所示，在闪烁晶体阵列的两端都设置光电传感器层。通过双端光电传感器探测到的能量比例，定位高能光子在闪烁晶体中的反应位置。此种方法的缺点是增加了一层光电传感器造成了探测器的成本增加，并增加了电路系统的复杂度。方法五:荧光技术，如图2e所示，将长条形闪烁晶体的一端涂上荧光材料。荧光效应会改变长条晶体的光输出能量，通过光输出能量的改变量计算高能光子反应深度离荧光材料端的距离从而实现反应深度的定位。此种方法的缺点是需要对每个长条形闪烁晶体涂上荧光材料,增加了加工工艺的复杂度,增加了探测器的成本。方法六:采用三维晶体阵列+光电传感器相间排布的方式，如图2f所示，层状结构的光电传感器具有厚度薄的特点，只有硅光电倍增管适合，传统的光电倍增管不适合此种结构。这种探测器结构具有三维定位准确的优点，随着硅光电倍增管技术的成熟，可能成为未来探测器的发展趋势。由上述可见，目前能定位高能光子反应深度的技术都增加了探测器结构的复杂性，从而增加了探测器的成本，并且方法二和方法三因为增加了一个耦合面使得探测器损失了部分性能。
技术实现思路
由此，本专利技术的目的是提供，该方法是在不增加额外探测器结构的情况下，利用离散晶体映射解码图中的反应深度信息，直接确定高能光子的反应深度。本专利技术的技术方案如下:，其特征在于所述方法包括下述步骤:I)标定闻能光子反应深度与映射解码图中解码位置的对应关系:设变量I为反应深度，在长度为L tl的晶体上设定N个采样点，设反应深度分别为I1, I2,……，1N，在N个反应深度下分别发生多次高能光子反应，用Anger重心法计算出各个反应深度对应的解码位置分布./丨(U)，./(U.v)，……，//'(?，并求出各个位置分布的解码位置重心(^hJh) yh) ^……,(H):【权利要求】1.，其特征在于所述方法包括下述步骤: 1)标定闻能光子反应深度与映射解码图中解码位置的对应关系:设变量I为反应深度，在长度为Ltl的晶体上设定N个采样点，设反应深度分别为I1,12,……，1N，在N个反应深度下分别发生多次高能光子反应，用Anger重心法计算出各个反应深度对应的解码位置分布fl1 (x,y)，fl2 (x,y)，......，flN (x,y)，并求出各个位置分布的解码位置重心(xl1,yl1)，(xl2,yl2)......，(xlN,ylN) 2.如权利要求1所述的，其特征在于:步骤I)中所述的计算各个反应深度对应的解码位置分布的解码位置重心为统计平均值。3.如权利要求1所述的，其特征在于:步骤I)中所述曲线拟合重心序列，采用最小二乘法或样条曲线拟合得到重心轨迹曲线。4.如权利要求1所述的，其特征在于:步骤2)中所述的反应深度级别设置为2级、3级或4级。【文档编号】G06F19/00GK103901463SQ201410147982【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日 【专利技术者】都东, 石涵, 彭旗宇, 许剑锋 申请人:清华大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于离散晶体的高能光子反应深度的定位方法，其特征在于所述方法包括下述步骤：1)标定高能光子反应深度与映射解码图中解码位置的对应关系：设变量l为反应深度，在长度为L0的晶体上设定N个采样点，设反应深度分别为l1，l2，……，lN，在N个反应深度下分别发生多次高能光子反应，用Anger重心法计算出各个反应深度对应的解码位置分布……，并求出各个位置分布的解码位置重心……，x‾l=ΣSfl(x,y)·xΣSfl(x,y)y‾l=ΣSfl(x,y)·yΣSfl(x,y)]]>其中S为映射解码区域，x和y为映射解码图中的坐标值；通过曲线拟合重心序列，形成重心轨迹曲线y=p(x)，曲线上的每一点，对应了一个反应深度下的解码位置分布的重心；2)根据反应深度定位要求设定反应深度定位级别：若设定M+1级，则沿反应深度方向将晶体划分为M+1个区间，则有M个区间节点，每个节点对应了一个反应深度，第j个节点对应的反应深度为lj，j取1，2……M，M为自然数，相邻的两个节点划分了一个反应深度区间，第1个和第M+1个的反应深度区间分别由第1个节点和第M个节点与端面划分；3)根据反应深度级别确定分割边界：在重心轨迹曲线上找到各个节点反应深度对应的重心位置，第j个节点对应的重心位置为在该点处作轨迹曲线的垂线y=gj(x)，作为对应节点反应深度下的分割边界；4)对于未知反应深度的高能光子反应事件，判断反应深度时，首先用Anger重心法计算其映射解码位置，设为(x0,y0)，再利用判别式Δj=y0‑gj(x0)判别高能光子反应深度与节点处的位置关系，如果高能光子在第j节点和第j+1节点的判别式异号，即Δj·Δj+1<0，则判定高能光子发生在第j节点和第j+1节点之间，即第j+1个反应深度区间；如果M个节点的判别式都为正或负，则判定高能光子发生在第1个区间或第M+1个区间。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：都东，石涵，彭旗宇，许剑锋，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11