一种基于事件计数的双模正电子显像机制造技术

一种基于事件计数的双模正电子显像机，其包括：不稳定同位素注入模块、伽马探测器模块、可见光探测器模块、多事例时间窗判选模块、可视化模块。该系统能在正电子发射的过程中同时识别由于带电微粒运动发射的切伦科夫光子和正负电子对湮灭产生的伽马光子对，有效地提升系统信噪比、成像时空分辨率和灵敏度，降低材料成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高能物理与粒子物理应用、核医学装备和生物医学光子学领域，尤其涉及一种基于事件计数的双模正电子显像机。
技术介绍
核物理中的放射性事件通常伴随着两种或者两种以上的辐照类型。特别是衰变事件可以发射出不稳定的带电粒子时，放射性事件会同时有多种辐射发出。以富质子不稳定同位素为例，当发射出的正电子具有一定的动量时，将在径迹上辐照可见光光子，这种物理现象即为切伦科夫辐射。切伦科夫辐射作为一种极为方便的标记方法，在生物医学显像中有着极为广泛的应用价值。而当正电子与环境中的电子发生正反物质湮灭时，将辐射一对带有511keV能量的伽马光子，也就是说，富质子元素的一种同位素标记将提供两种显像方式：光学成像和伽马成像。除了富质子元素以外，其他部分不稳定同位素还有级联衰变以及同时辐射不同能量、不同电荷、不同穿透深度的多个粒子的情形，都属于讨论的范围。现有的成像系统并没有对这种“身兼两职”的探针进行专门的探测，而是独立采用伽马相机（或者PET）和光学相机对标记有富质子核素的生物体或者人体各自进行成像，中间的信号探测和数据获取完全是独立的，最后在图像层面进行后端准合（配准）。这种后端准合对于两种辐照的信息损失极为严重。在伽马数据中，有很大一部分数据是散射和随机事件，如果能在物理层以事件的形式引入光学数据，将对散射和随机事件提供极为精准的判选。而可见光在人体内的输运噪声极为严重，如果光学数据能在切伦科夫事件被甄别时引入伽马光子的准直信息，将极大地提升单个切伦科夫事件的信息准确度。为此，工作在物理层的事件级别的信息融合，将对多辐照系统产生革命性影响。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于事件计数的双模正电子显像机，该系统能在正电子发射的过程中同时识别由于带电微粒运动发射的切伦科夫光子和正负电子对湮灭产生的伽马光子对，有效地提升系统信噪比、成像时空分辨率和灵敏度，降低材料成本。为实现上述目的，本专利技术提供一种基于事件计数的双模正电子显像机，包括以下模块：不稳定同位素注入模块100、伽马探测器模块200、可见光探测器模块300、多事例时间窗判选模块400、可视化模块500，其中，不稳定同位素注入模块100，用于对生物体中参与生理与生化过程的物质进行标记，屏蔽生物体以外的背景光，并使生物体带有可以发射多辐照事件的标记物，包括放射性同位素送药模块110，药剂注射模块120，生物体传动模块130，光密闭模块140；伽马探测器模块200，以环状视角的方式实现对伽马光子的探测，获取单伽马光子事件的时间和能量属性，采用闪烁探测器原理，包括闪烁晶体模块210，光电转换模块220，前端电子学模块230，伽马事件属性封装电路模块240；可见光探测器模块300，用于以高探测效率的方式实现对可见光光子和软紫外光子的探测，探测器采用大面积平面结构，可供大规模光电子芯片工艺进行大规模制造，包括切伦科夫光子光电转换模块310，切伦科夫探测前端电子学模块320，切伦科夫事件属性封装电路模块330；多事例时间窗判选模块400，用于判断切伦科夫事件和伽马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30 ns）内有同时存在伽马光子事件和切伦科夫事件，包括多事例定时开窗电路模块410，逻辑与门电路模块420，总事件定时开窗模块430，符合事件封装模块440，电源模块450，数字电路时钟模块460；可视化模块500，用于对辐照数据进行后续处理或者丢弃，由处理器模块510，防断电直流电源模块520，显示器模块530，网络传输接口模块540构成。放射性同位素送药模块110，隶属于不稳定同位素注入模块100，用于对生物体稳定地自动化地送入放射性药物，避免放射性药物可能对人体和生物体造成的辐射损伤，药物经由放射性同位素送药模块110进入药物注射模块120；药剂注射模块120，隶属于不稳定同位素注入模块100，用于实时的控制注入生物体或者人体中的放射性药物剂量，由推送装置和剂量测算装置构成；生物体传动模块130，隶属于不稳定同位素注入模块100，用于控制生物体在成像腔内外的送入和送出，由推送装置和支撑板构成，支撑板盛放生物体，推送装置负责在成像前把支撑板与生物体送入成像腔室，在成像完成后把支撑板与生物体送出成像腔室；光密闭模块140，隶属于不稳定同位素注入模块100，用于对成像腔室进行避光封装，保证成像腔室在成像时没有额外的外部可见光射入。闪烁晶体模块210，隶属于伽马探测器模块200，用于吸收伽马光子，并把一个伽马光子的能量转化为一簇可见光或软紫外光光子，由闪烁晶体裸晶、闪烁光反射材料、闪烁晶体封装外壳、出光玻璃构成；光电转换模块220，隶属于伽马探测器模块200，用于可见光和软紫外光光子的能量吸收与电信号转化，具体是通过雪崩过程将光电子流簇在短时间内放大，再输出给前端电子学模块230；前端电子学模块230，隶属于伽马探测器模块200，用于对光电转换模块输出的电信号进行前置放大处理，并进行模数转换，将数字化的闪烁脉冲属性按照事件输出给伽马事件属性封装电路模块240；伽马事件属性封装电路模块240，隶属于伽马探测器模块200，对伽马事件的属性进行封装，封装的内容包括事件时间、伽马光子能量、闪烁脉冲前沿的上升时间以及闪烁脉冲的离差和。切伦科夫光子光电转换模块310，隶属于可见光探测器模块300，用于吸收切伦科夫光子，并将其转化为电信号，具体是通过光电效应和雪崩过程，将光电子流簇在短时间内放大，再输出给切伦科夫探测前端电子学模块320；切伦科夫探测前端电子学模块320，隶属于可见光探测器模块310，用于对切伦科夫诱导电脉冲进行前置放大，并进行模数转换，将数字化的切伦科夫诱导电脉冲属性按照事件输出给切伦科夫事件属性封装电路模块330；切伦科夫事件属性封装电路模块330，隶属于可见光探测器模块300，对切伦科夫事件的属性进行封装，封装的内容包括事件时间、伽马光子能量、切伦科夫诱导电脉冲前沿的上升时间以及切伦科夫诱导电脉冲的离差和。多事例定时开窗电路模块410，隶属于多事例时间窗判选模块400，用于对每个伽马事件和切伦科夫事件进行定时开窗，即从事件到达时间开始定时置1输出；逻辑与门电路模块420，隶属于多事例时间窗判选模块400，接收多事例定时开窗电路模块410输出的置1信号后，通过与门电路对多个事例进行与逻辑判选，当存在两个伽马光子和一个通道以上的切伦科夫事件时，置1输出，否则，保持清零输出；总事件定时开窗模块430，隶属于多事例时间窗判选模块400，接收逻辑与门电路模块420的与门判选信号，并从接收到置1信号开始以固定的时间窗置1输出；符合事件封装模块440，隶属于多事例时间窗判选模块400，从接收到总事件定时开窗模块的置1信号开始，将从多事例定时开窗电路模块接收到的各个事件属性封装成二进制的比特流；电源模块450，隶属于多事例时间窗判选模块400，用于给各个电路模块进行稳定的供电，供电电源外接220V交流市电；数字电路时钟模块460，隶属于多事例时间窗判选模块400，用于给各个数字电路模块发送时钟信号，时钟信号为正弦波电压信号，由有源晶振提供。处理器模块510，隶属于可视化模块500，对封装好的事例进行相关性分析、直方图计数、统计学计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于事件计数的双模正电子显像机，特征在于包括以下模块：不稳定同位素注入模块，用于对生物体中参与生理与生化过程的物质进行标记，屏蔽生物体以外的背景光，并使生物体带有可以发射多辐照事件的标记物；伽马探测器模块，以环状视角的方式实现对伽马光子的探测，获取单伽马光子事件的时间和能量属性，采用闪烁探测器原理探测伽马光子；可见光探测器模块，用于以高探测效率的方式实现对可见光光子和软紫外光子的探测，探测器采用大面积平面结构，可供大规模光电子芯片工艺进行大规模制造；多事例时间窗判选模块，用于判断切伦科夫事件和伽马光子事件是否属于一次正电子事件，判断的标准是在时间窗内是否同时存在伽马光子事件和切伦科夫事件；可视化模块，用于对辐照数据进行后续处理或者丢弃，由处理器模块，防断电直流电源模块，显示器模块，网络传输接口模块构成。

【技术特征摘要】
1.一种基于事件计数的双模正电子显像机，特征在于包括以下模块：不稳定同位素注入模块，用于对生物体中参与生理与生化过程的物质进行标记，屏蔽生物体以外的背景光，并使生物体带有可以发射多辐照事件的标记物；伽马探测器模块，以环状视角的方式实现对伽马光子的探测，获取单伽马光子事件的时间和能量属性，采用闪烁探测器原理探测伽马光子；可见光探测器模块，用于以高探测效率的方式实现对可见光光子和软紫外光子的探测，探测器采用大面积平面结构，可供大规模光电子芯片工艺进行大规模制造；多事例时间窗判选模块，用于判断切伦科夫事件和伽马光子事件是否属于一次正电子事件，判断的标准是在时间窗内是否同时存在伽马光子事件和切伦科夫事件；可视化模块，用于对辐照数据进行后续处理或者丢弃，由处理器模块，防断电直流电源模块，显示器模块，网络传输接口模块构成。2.根据权利要求1所述的一种基于事件计数的双模正电子显像机，其特征在于不稳定同位素注入模块包括：放射性同位素送药模块，用于对生物体稳定地自动化地送入放射性药物，避免放射性药物可能对人体和生物体造成的辐射损伤，药物经由放射性同位素送药模块进入药物注射模块；药剂注射模块，用于实时的控制注入生物体或者人体中的放射性药物剂量，由推送装置和剂量测算装置构成；生物体传动模块，用于控制生物体在成像腔内外的送入和送出，由推送装置和支撑板构成，支撑板盛放生物体，推送装置负责在成像前把支撑板与生物体送入成像腔室，在成像完成后把支撑板与生物体送出成像腔室；光密闭模块，用于对成像腔室进行避光封装，保证成像腔室在成像时没有额外的外部可见光射入。3.根据权利要求1所述的一种基于事件计数的双模正电子显像机，其特征在于伽马探测器模块包括：闪烁晶体模块，用于吸收伽马光子，并把一个伽马光子的能量转化为一簇可见光或软紫外光光子，由闪烁晶体裸晶、闪烁光反射材料、闪烁晶体封装外壳、出光玻璃构成；光电转换模块，用于可见光和软紫外光光子的能量吸收与电信号转化，具体是通过雪崩过程将光电子流簇在短时间内放大，再输出给前端电子学模块；前端电子学模块，用于对光电转换模块输出的电信号进行前置放大处理，并进行模数转换，将数字化的闪烁脉冲属性按照事件输出给伽马事件属性封装电路模块；伽马事件属性封装电路模块，对伽马事件的属性进行封装，封装的内容包括事件时间、伽马光子能量、闪烁脉冲前沿的上升时间以及闪烁脉冲的离差和。4.根据权利要求1所述的一种基于事件计数的双模正电子显像机，其特征在于可见光探测器模块包括：切伦科夫光子光电转换模块，用于吸收切伦科夫光子，并将其转化为电信号，具体是通过光电效应和雪崩过程，将光电子流簇在短时间内放大，再输出给切伦科夫探测前端电子学模块；切伦科夫探测前端电子学模块，用于对切伦科夫诱导电脉冲进行前置放大，并进行模数转换，将数字化的切伦科夫诱导电脉冲属性按照事件输出给切伦科夫事件属性封装电路模块；切伦科夫事件属性...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓贞宙，王麟，杨健，熊伟，谢庆国，
申请(专利权)人：武汉京邦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42