一种基于光学性能调制的电离辐射检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于光学性能调制的电离辐射检测方法及系统，包括：在包含电离辐射源的检测对象周围放置多对检测模块，每对检测模块位于检测对象的相对位置，每个检测模块包括一个电光晶体和一个探测器，电离辐射源所发出的辐射粒子进入检测对象后湮灭产生多对运动方向相反的γ光子；对每个电光晶体入射泵浦光，则泵浦光在电光晶体前后两个抛光的平行反射面反射，将前后两个反射面的反射光束聚焦产生干涉条纹，若γ光子到达电光晶体，电光晶体的折射率发生改变，则干涉条纹发生移动；探测器根据每对γ光子引起的对应两个干涉条纹发生移动的时间差反解出电离辐射源湮灭点的位置，进而对检测对象进行图像重建。本发明专利技术提高了PET检测效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光学性能调制的电离辐射检测方法及系统
本专利技术涉及正电子发射型计算机断层显像(PositronEmissionComputedTomography，PET)电离辐射检测
，更具体地，涉及一种基于光学性能调制的电离辐射检测方法及系统。
技术介绍
在传统的PET系统中，时间分辨率主要受闪烁晶体的闪烁机制和其他物理性质的限制，通常在PET系统中，对于20mm长度的闪烁晶体的时间分辨率在200ps以上。图1为传统PET检测原理示意图，如图1所示，传统的PET探测模块由闪烁晶体和探测器组成。由电离辐射源湮灭产生的两个γ光子运动方向相反，两个运动方向夹角180°，射入闪烁晶体中并与闪烁晶体相互作用，在晶体内产生能量沉积并最终释放出可见光子，可见光子在晶体内继续传输，最终到达探测器并被转换为电信号，可见光子也可称为闪烁光。图2为传统PET检测结构示意图，其中，1为电离辐射源，2为γ光子，3为闪烁晶体，4为探测器。利用电离辐射源1湮灭产生的两个γ光子运动方向相反的特征，在包含电离辐射源的检测对象周围安放一圈探测器模块，如图2所示，探测器模块包括多对闪烁晶体3和探测器4，利用相对的一对探测器4的输出信号的时间差来反解出具体的电离辐射源湮灭的位置，进而对待检测对象进行图像得重建与图像处理。传统的PET检测系统是基于闪烁光的产生而进行检测的，电离辐射湮灭产生的γ光子经过一系列的变化最终转换为闪烁光。因此在传统的PET探测模块中，检测的时间分辨率受闪烁晶体的闪烁机制的限制，这个探测的时间分辨率在10-10-10-9这个数量级范围内。因此，传统的PET系统的时间分辨率受闪烁晶体的闪烁机制的限制，时间分辨率较低，大大影响PET检测效率。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于解决传统的PET系统的时间分辨率受闪烁晶体的闪烁机制的限制，时间分辨率较低的技术问题。为实现上述目的，一方面，本专利技术提供一种基于光学性能调制的电离辐射检测方法，包括：在包含电离辐射源的检测对象周围放置多对检测模块，每对检测模块位于检测对象的相对位置，每个检测模块包括一个电光晶体和一个探测器，电离辐射源所发出的辐射粒子进入检测对象后湮灭产生多对运动方向相反的γ光子；对每个电光晶体入射泵浦光，则泵浦光在电光晶体前后两个抛光的平行反射面反射，将前后两个反射面的反射光束聚焦产生干涉条纹，若γ光子到达电光晶体，电光晶体的折射率发生改变，则干涉条纹发生移动；所述探测器根据每对γ光子引起的对应两个干涉条纹发生移动的时间差反解出电离辐射源湮灭点的位置，进而对检测对象进行图像重建。可选地，所述探测器通过以下方法确定每对γ光子引起的对应两个干涉条纹发生移动的时间差：探测器检测所述干涉条纹中心的强度，当所述干涉条纹移动时，所述探测器检测到的干涉条纹中心的强度发生变化，每对γ光子引起的对应两个干涉条纹中心强度发生变化的时间差即为对应两个干涉条纹发生移动的时间差。可选地，当γ光子到达电光晶体时，电光晶体内被激发产生电荷载流子并且在电荷载流子的作用下会出现局部电场，局部电场会改变经过前反射面入射到电光晶体的泵浦光的相位，进而使得干涉条纹移动。另一方面，本专利技术提供一种基于光学性能调制的电离辐射检测系统，包括：多对检测模块，所述多对检测模块分布在检测对象周围，每对检测模块位于检测对象的相对位置，所述检测对象包含电离辐射源，电离辐射源所发出的辐射粒子进入检测对象后湮灭产生多对运动方向相反的γ光子；每个检测模块包括电光晶体、干涉条纹产生装置和探测器；所述电光晶体接收泵浦光入射，入射的泵浦光在电光晶体前后两个抛光的平行反射面反射，产生两条反射光束；所述干涉条纹产生装置将两条反射光束聚焦产生干涉条纹，若γ光子到达电光晶体，电光晶体的折射率发生改变，则干涉条纹发生移动；所述探测器根据每对γ光子引起的对应两个干涉条纹发生移动的时间差反解出电离辐射源湮灭点的位置，进而对检测对象进行图像重建。可选地，所述探测器检测所述干涉条纹中心的强度，当所述干涉条纹移动时，所述探测器检测到的干涉条纹中心的强度发生变化，每对γ光子引起的对应两个干涉条纹中心强度发生变化的时间差即为对应两个干涉条纹发生移动的时间差。可选地，当γ光子到达电光晶体时，电光晶体内被激发产生电荷载流子并且在电荷载流子的作用下会出现局部电场，局部电场会改变经过前反射面入射到电光晶体的泵浦光的相位，进而使得干涉条纹移动。可选地，所述干涉条纹产生装置包括：第一透镜、光阑以及第二透镜；所述第一透镜用于对从电光晶体反射的两条反射光束聚焦，使其产生干涉条纹；所述光阑用于使干涉条纹中心通过；所述第二透镜用于将通过所述光阑的干涉条纹聚焦到探测器的中心。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：传统的PET探测器，由γ光子与闪烁晶体相互作用产生的电离载流子经过一系列的变化，最终转换为闪烁光，闪烁光被光电探测器检测到，其时间分辨率受到晶体闪烁机制和晶体中光传输的限制。本专利技术提出一种基于光学性能调制的电离辐射检测的方法及系统，γ光子与电光晶体相互作用产生的电荷载流子引起局部电场变化，进而使得电光晶体的折射率发生变化。探测器通过检测有折射率变化引起的反射光束的变化，可以检测到电离辐射产生的光子的到达时间，克服了传统PET探测器通过检测闪烁光检测光子到达时间的技术难题，可以提高PET检测的时间分辨率，消除闪烁晶体产生闪烁光这一机制对于时间分辨率的限制。附图说明图1为传统PET检测原理示意图；图2为传统PET检测结构示意图；图3为本专利技术提供的基于光学性能调制的电离辐射检测机制结构示意图；图4为本专利技术提供的基于光学性能调制的电离辐射检测系统布局原理示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。需要说明的是，闪烁晶体与电离辐射湮灭产生的γ光子激发闪烁晶体产生闪烁光的演变过程如下表1。表1由表1可知，传统PET检测需要经过以下五个过程：1、电离辐射光子与晶体相互作用，产生电荷载流子；2、载流子热化作用和声子产生；3、载流子与材料缺陷和杂质相互作用产生极化子；4、载流子迁移，闪烁光产生；5、闪烁光传播。本专利技术中提出一种基于光学性能调制的电离辐射检测的方法及系统，由于电离辐射光子与晶体相互作用，产生电荷载流子，载流子与晶体内部缺陷或者杂质的相互作用会导致局部电场的产生。射入晶体内的泵浦光的相位会被局部电场改变，探测器检测泵浦光的变化以反解出电离辐射源湮灭点的位置。因此，本专利技术避免了传统PET检测必须经历上述五个过程，而只需要经历电离辐射光子与晶体相互作用，产生电荷载流子这一过程，就可以实现PET检测，能提高PET检测的时间分辨率，消除闪烁晶体产生闪烁光这一机制对于时间分辨率的限制。本专利技术中的方法具体表述如下：1、探测晶体的选择中，用电光晶体取代闪烁晶体。2、引入一束泵浦光射入电光晶体中，该光束起到检测晶体的折射率是否被调制和激发材料的光学非线性特征的作用，泵浦光是持续射入电光晶体中的。3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光学性能调制的电离辐射检测方法，其特征在于，包括：在包含电离辐射源的检测对象周围放置多对检测模块，每对检测模块位于检测对象的相对位置，每个检测模块包括一个电光晶体和一个探测器，电离辐射源所发出的辐射粒子进入检测对象后湮灭产生多对运动方向相反的γ光子；对每个电光晶体入射泵浦光，则泵浦光在电光晶体前后两个抛光的平行反射面反射，将前后两个反射面的反射光束聚焦产生干涉条纹，若γ光子到达电光晶体，电光晶体的折射率发生改变，则干涉条纹发生移动；所述探测器根据每对γ光子引起的对应两个干涉条纹发生移动的时间差反解出电离辐射源湮灭点的位置，进而对检测对象进行图像重建。

【技术特征摘要】
1.一种基于光学性能调制的电离辐射检测方法，其特征在于，包括：在包含电离辐射源的检测对象周围放置多对检测模块，每对检测模块位于检测对象的相对位置，每个检测模块包括一个电光晶体和一个探测器，电离辐射源所发出的辐射粒子进入检测对象后湮灭产生多对运动方向相反的γ光子；对每个电光晶体入射泵浦光，则泵浦光在电光晶体前后两个抛光的平行反射面反射，将前后两个反射面的反射光束聚焦产生干涉条纹，若γ光子到达电光晶体，电光晶体的折射率发生改变，则干涉条纹发生移动；所述探测器根据每对γ光子引起的对应两个干涉条纹发生移动的时间差反解出电离辐射源湮灭点的位置，进而对检测对象进行图像重建。2.根据权利要求1所述的基于光学性能调制的电离辐射检测方法，其特征在于，所述探测器通过以下方法确定每对γ光子引起的对应两个干涉条纹发生移动的时间差：所述探测器检测所述干涉条纹中心的强度，当所述干涉条纹移动时，所述探测器检测到的干涉条纹中心的强度发生变化，每对γ光子引起的对应两个干涉条纹中心强度发生变化的时间差即为对应两个干涉条纹发生移动的时间差。3.根据权利要求1所述的基于光学性能调制的电离辐射检测方法，其特征在于，当γ光子到达电光晶体时，电光晶体内被激发产生电荷载流子并且在电荷载流子的作用下会出现局部电场，局部电场会改变经过前反射面入射到电光晶体的泵浦光的相位，进而使得干涉条纹移动。4.一种基于光学性能调制的电离辐射检测系统，其特征在于，包括：多对检测模块，所述多对检测模块分布在检测对象周围，每对检测模块位于检测对象的相对...

【专利技术属性】
技术研发人员：许剑锋，王宇黎，李颖洁，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42