[go: up one dir, main page]

CN106405610A - 一种切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法与装置 - Google Patents

一种切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法与装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106405610A
CN106405610A CN201510803003.3A CN201510803003A CN106405610A CN 106405610 A CN106405610 A CN 106405610A CN 201510803003 A CN201510803003 A CN 201510803003A CN 106405610 A CN106405610 A CN 106405610A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cherenkov
event
pulse
data set
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510803003.3A
Other languages
English (en)
Inventor
邓贞宙
谢庆国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Raycan Information Technology Co Ltd
Original Assignee
Nanjing Raycan Information Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Raycan Information Technology Co Ltd filed Critical Nanjing Raycan Information Technology Co Ltd
Priority to CN201510803003.3A priority Critical patent/CN106405610A/zh
Publication of CN106405610A publication Critical patent/CN106405610A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

一种切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法,其包括步骤:获得切伦科夫事件发射光子的脉冲数据集;获得背景光的脉冲数据集;计算每个时间段数据集对背景光和切伦科夫光的联合似然概率函数;判断该时间段的数据集是背景光还是切伦科夫光。一种切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化装置,其中包括切伦科夫事件发射光子数据集获得模块、背景光子数据集获得模块、时间段样本的似然概率函数或者后验概率函数计算模块、事件分类器模块。通过采用本发明的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法与装置,能有效提高探测衰变事件的分辨率、装置灵敏度和成像信噪比,特别适合于切伦科夫效应在生物医学成像和透明介质无损检测上的应用。

Description

一种切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法与装置
技术领域
本发明涉及数字信号处理、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事件诱导光电脉冲数字化方法与装置。
背景技术
切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化是对发生切伦科夫事件的物体进行切伦科夫事件探测时,需要对探测到的各种事件进行分类,以期滤除其他类型的事件。而使探测到的切伦科夫事件可以和物体的某种生物生化分布联系在一起,实现针对放射性核素的成像或者定量检测。
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事件诱导光电脉冲数字化方法与装置。基于单光子的切伦科夫事件采样方法,能够在最早阶段对切伦科夫事件进行数字化,保留切伦科夫事件最为原始的信息,进而可以最大程度地与其他类型的事件分离开来,特别是生物体内存在的自发光事件。
得益于高速信号处理方法与超大规模集成电路的发展,捕获单个光子已经不再是不可逾越的技术难题。通过PMT (Photomultiplier Tube)、SiPM (Silicon Photomultiplier)、APD(Avalanche Photo Detector)等光电器件,可以实现对单光子信号的精确捕获,并输出波形、时间和能量等信息。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法与装置,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与光子数选通窗口,剔除自发光事件,增大重构图像信噪比,避免基线漂移对读出信号的影响。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法,其包括步骤:
S1:获得切伦科夫事件发射光子的脉冲数据集(时间、位置、波长、脉冲高度、脉冲形状的一种或者几种);
S2:获得背景光的脉冲数据集(时间、位置、波长、脉冲高度、脉冲形状的一种或者几种);
S3: 计算每个时间段数据集对背景光和切伦科夫光的联合似然概率函数;
S4:通过最大似然准则或者最大后验概率准则判断该时间段的数据集是背景光还是切伦科夫光。
优选地,在上述的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法中,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,在上述的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法中,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,在上述的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法中,所述时间符合是指多个单光子(不少于5个)事件在很短的时间内(例如5 ns)发生,即认为这多个单光子事件属于同一次切伦科夫单事件。
优选地,在上述的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法中,所述光子在孔内的相对位置是指光子在探测器模组孔内的相对位置,这个相对位置和射线入射角度有直接的关系。
优选地,在上述的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法中,所述切伦科夫事件发生的位置是指核素发射带电粒子时核素在生物体中的位置,不同位置射入探测器的感光孔的相对位置不同。
一种切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化装置,其中包括切伦科夫事件发射光子数据集获得模块、背景光子数据集获得模块、时间段样本的似然概率函数或者后验概率函数计算模块、事件分类器模块,其中,
切伦科夫事件发射光子数据集获得模块,用于获得切伦科夫事件发射光子的脉冲数据集(时间、位置、波长、脉冲高度、脉冲形状的一种或者几种);
背景光子数据集获得模块,用于获得背景光的脉冲数据集(时间、位置、波长、脉冲高度、脉冲形状的一种或者几种);
时间段样本的似然概率函数或者后验概率函数计算模块,用于计算每个时间段数据集对背景光和切伦科夫光的联合似然概率函数;
事件分类器模块,通过最大似然准则或者最大后验概率准则判断该时间段的数据集是背景光还是切伦科夫光。
从上述技术方案可以看出,通过采用本发明的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法与装置,能有效提高装置的成像信噪比,抵御生物组织自发光影响,特别适合于小动物等成像深度要求不高的活体成像。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)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;
(2)全事件读出设计可以全面的读出切伦科夫事件丰富的多维信息:角度(2-D)、时间(1-D)、位置(3-D)、能量(1-D)。具体为以事件的形式记录光电器件的电信号。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的附图仅仅是本发明的一些实施例,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为本发明单光子时间分辨的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法的流程图。
图2为本发明单光子时间分辨的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化装置的装置结构图。
图3为本发明的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化装置的探测器模块。
图4为本发明的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化的双指数脉冲模型。
图5为本发明的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化的三指数脉冲模型。
图6为本发明的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化的朗道脉冲模型。
图7为本发明的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化的直线-指数脉冲模型。
图8为本发明典型的双变量脉冲分类示意图。
图9为本发明典型的双变量脉冲分类强度示意图。
图10为本发明的时间变量脉冲分类强度示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种单光子时间分辨的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法与装置,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。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,本发明公开的单光子时间分辨的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化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:获得切伦科夫事件发射光子的脉冲数据集(时间、位置、波长、脉冲高度、脉冲形状的一种或者几种);
S2:获得背景光的脉冲数据集(时间、位置、波长、脉冲高度、脉冲形状的一种或者几种);
S3: 计算每个时间段数据集对背景光和切伦科夫光的联合似然概率函数;
S4:通过最大似然准则或者最大后验概率准则判断该时间段的数据集是背景光还是切伦科夫光。
以上单光子时间分辨的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化装置中,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事件诱导光电脉冲数字化装置中,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事件诱导光电脉冲数字化装置中,所述时间符合是指多个单光子(不少于5个)事件在很短的时间内(例如5ns)发生,即认为这多个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事件诱导光电脉冲数字化装置中,所述光子在孔内的相对位置是指光子在探测器模组孔内的相对位置,这个相对位置和射线入射角度有直接的关系。
以上单光子时间分辨的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化装置中,所述切伦科夫事件发生的位置是指核素发射带电粒子时核素在生物体中的位置,不同位置射入探测器的感光孔的相对位置不同。
以上单光子时间分辨的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化装置中,所述探测器的感光孔是指建造在探测器底座上的孔状几何,这些孔用于确定切伦科夫辐射发生的位置。
如图2所示,本发明公开的单光子时间分辨的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化装置,其包括切伦科夫事件发射光子数据集获得模块100、背景光子数据集获得模块200、时间段样本的似然概率函数或者后验概率函数计算模块300、事件分类器模块400,其中,
切伦科夫事件发射光子数据集获得模块100,用于获得切伦科夫事件发射光子的脉冲数据集(时间、位置、波长、脉冲高度、脉冲形状的一种或者几种);
背景光子数据集获得模块200,用于获得背景光的脉冲数据集(时间、位置、波长、脉冲高度、脉冲形状的一种或者几种);
时间段样本的似然概率函数或者后验概率函数计算模块300,用于计算每个时间段数据集对背景光和切伦科夫光的联合似然概率函数;
事件分类器模块400,通过最大似然准则或者最大后验概率准则判断该时间段的数据集是背景光还是切伦科夫光。
图3为本发明的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化装置的探测器模块。图4为本发明的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化的双指数脉冲模型。图5为本发明的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化的三指数脉冲模型。图6为本发明的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化的朗道脉冲模型。图7为本发明的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化的直线-指数脉冲模型。图8为本发明典型的双变量脉冲分类示意图。图9为本发明典型的双变量脉冲分类强度示意图。图10为本发明的时间变量脉冲分类强度示意图。结合图3、图4及图10,通过几个具体的实施例,对本发明单光子时间分辨的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法与装置做进一步描述。本发明提出的单光子时间分辨的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法与装置,其涉及到的参数、滤波器设计、时间符合处理需要根据与获取数据的特点进行调节以达到良好的切伦科夫辐射分辨性能和较短的脉冲持续时间。此处列出所涉及的应用实施例处理数据的参数。
实例1:
此处列出本实施例处理数据的参数:
步骤(1)所用的实际装置为使用暗箱尺寸为1.4m×1.4m×1.0m。射源为511kev的正电子湮灭伽马光子18F-FDG,采用红光增强的硅光电倍增管,探测器采用环状结构;
步骤(2)空载24小时,获取背景数据;
步骤(3)符合时间约为2ns,符合判断采用离线式的时间符合处理;
步骤(4)采用解析的切伦科夫事件重建方法,直接绘出切伦科夫的时间和位置。
实例2:
此处列出本应用实例2处理数据的参数:
步骤(1)所用的实际装置为使用暗箱尺寸为1.8m×1.8m×1.8m。射源为511kev的124I-NaI,采用红光增强的硅光电倍增管,探测器采用环状结构;
步骤(2)空载72小时,获取背景数据;
步骤(3)符合时间约为10ns,符合判断采用在线式的时间符合处理;
步骤(4)采用迭代的切伦科夫事件重建方法,逼近式绘出切伦科夫的时间和位置,迭代200次。
本发明的方法和装置可以用于辐射带电微粒的核技术,包括核探测、核分析、核医学仪器。
本发明公开的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法中,注入可发射带电粒子的同位素可用于标记生物体中的生化和生理过程;读出带电粒子发出切伦科夫光子射向探测器模组的光子计数和每个计数的时间;对读到的时间进行时间符合;通过光子在孔内的相对位置来估计切伦科夫事件发生的位置;对估计的切伦科夫的位置和时间进行重建,获得核素的分布。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法,其特征在于:包括步骤:
S1:获得切伦科夫事件发射光子的脉冲数据集(时间、位置、波长、脉冲高度、脉冲形状的一种或者几种);
S2:获得背景光的脉冲数据集(时间、位置、波长、脉冲高度、脉冲形状的一种或者几种);
S3: 计算每个时间段数据集对背景光和切伦科夫光的联合似然概率函数;
S4:通过最大似然准则或者最大后验概率准则判断该时间段的数据集是背景光还是切伦科夫光。
2.根据权利要求1所述的一种切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法,其特征在于:获得切伦科夫事件发射光子的脉冲数据集(时间、位置、波长、脉冲高度、脉冲形状的一种或者几种)。
3.根据权利要求1所述的一种切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法,其特征在于:获得背景光的脉冲数据集(时间、位置、波长、脉冲高度、脉冲形状的一种或者几种)。
4.根据权利要求1所述的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法,其特征在于:计算每个时间段数据集对背景光和切伦科夫光的联合似然概率函数。
5.根据权利要求1所述的切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法,其特征在于:通过最大似然准则或者最大后验概率准则判断该时间段的数据集是背景光还是切伦科夫光。
6.一种切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化装置,其特征在于:切伦科夫事件发射光子数据集获得模块、背景光子数据集获得模块、时间段样本的似然概率函数或者后验概率函数计算模块、事件分类器模块,其中,
切伦科夫事件发射光子数据集获得模块,用于获得切伦科夫事件发射光子的脉冲数据集(时间、位置、波长、脉冲高度、脉冲形状的一种或者几种);
背景光子数据集获得模块,用于获得背景光的脉冲数据集(时间、位置、波长、脉冲高度、脉冲形状的一种或者几种);
时间段样本的似然概率函数或者后验概率函数计算模块,用于计算每个时间段数据集对背景光和切伦科夫光的联合似然概率函数;
事件分类器模块,通过最大似然准则或者最大后验概率准则判断该时间段的数据集是背景光还是切伦科夫光。
CN201510803003.3A 2015-11-19 2015-11-19 一种切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法与装置 Pending CN106405610A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510803003.3A CN106405610A (zh) 2015-11-19 2015-11-19 一种切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法与装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510803003.3A CN106405610A (zh) 2015-11-19 2015-11-19 一种切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法与装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106405610A true CN106405610A (zh) 2017-02-15

Family

ID=58008020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510803003.3A Pending CN106405610A (zh) 2015-11-19 2015-11-19 一种切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法与装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106405610A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108090936A (zh) * 2017-12-17 2018-05-29 北京工业大学 切伦可夫荧光激发的扫描光片断层成像方法
CN109975854A (zh) * 2017-12-27 2019-07-05 同方威视技术股份有限公司 用于脉冲波形甄别的方法和系统
CN114496340A (zh) * 2022-01-21 2022-05-13 西北核技术研究所 一种基于契伦科夫效应的射线图像屏

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201212910Y (zh) * 2008-06-05 2009-03-25 清华大学 一种切伦科夫探测器
CN101598799A (zh) * 2008-06-05 2009-12-09 清华大学 一种切伦科夫探测器及利用其进行检测的方法
US20110024639A1 (en) * 2009-05-20 2011-02-03 Dazeley Steven A Gadolinium-Doped Water Cerenkov-Based Neutron and High Energy Gamma-Ray Detector and Radiation Portal Monitoring System
US20110163236A1 (en) * 2009-12-07 2011-07-07 American Science And Engineering, Inc. Scintillation-Cherenkov Detector and Method for High Energy X-Ray Cargo Container Imaging and Industrial Radiography
CN103018763A (zh) * 2012-12-12 2013-04-03 中国科学院国家天文台 gamma射线与宇宙线的探测装置与方法
CN103177425A (zh) * 2013-01-26 2013-06-26 西安电子科技大学 切伦科夫荧光成像中γ射线的去除方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201212910Y (zh) * 2008-06-05 2009-03-25 清华大学 一种切伦科夫探测器
CN101598799A (zh) * 2008-06-05 2009-12-09 清华大学 一种切伦科夫探测器及利用其进行检测的方法
US20110024639A1 (en) * 2009-05-20 2011-02-03 Dazeley Steven A Gadolinium-Doped Water Cerenkov-Based Neutron and High Energy Gamma-Ray Detector and Radiation Portal Monitoring System
US20110163236A1 (en) * 2009-12-07 2011-07-07 American Science And Engineering, Inc. Scintillation-Cherenkov Detector and Method for High Energy X-Ray Cargo Container Imaging and Industrial Radiography
CN103018763A (zh) * 2012-12-12 2013-04-03 中国科学院国家天文台 gamma射线与宇宙线的探测装置与方法
CN103177425A (zh) * 2013-01-26 2013-06-26 西安电子科技大学 切伦科夫荧光成像中γ射线的去除方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108090936A (zh) * 2017-12-17 2018-05-29 北京工业大学 切伦可夫荧光激发的扫描光片断层成像方法
CN109975854A (zh) * 2017-12-27 2019-07-05 同方威视技术股份有限公司 用于脉冲波形甄别的方法和系统
CN109975854B (zh) * 2017-12-27 2020-12-11 同方威视技术股份有限公司 用于脉冲波形甄别的方法和系统
CN114496340A (zh) * 2022-01-21 2022-05-13 西北核技术研究所 一种基于契伦科夫效应的射线图像屏

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105452902B (zh) 针对小间距闪烁晶体阵列的像素识别
JP5582370B2 (ja) ガンマ線を利用する画像化装置、画像信号処理装置およびガンマ線測定データの画像処理方法
Incoronato et al. Statistical modelling of SPADs for time-of-flight LiDAR
CN106388768A (zh) 一种切伦科夫辐射成像方法与系统
CN109683188A (zh) 一种契连柯夫事件与伽马事件符合成像装置和方法
CN1471644A (zh) 核医学诊断装置的放射线检测装置及其检测方法
CN106388845A (zh) 一种正电子发射切伦科夫-伽玛双辐射的成像方法与装置
CN113057667B (zh) Pet探测器信号采样方法、装置、电子装置和存储介质
US20240036222A1 (en) Systems and methods for correcting positron emission tomography devices
CN110623681A (zh) 光子散射成像
CN106405610A (zh) 一种切伦科夫事件诱导光电脉冲数字化方法与装置
CN106199673B (zh) 一种基于事件计数的双模正电子显像机
CN109683189A (zh) 一种契连柯夫辐射探测器和探测方法
Tornga et al. Three-dimensional Compton imaging using list-mode maximum likelihood expectation maximization
CN115244428A (zh) 用于识别和定位辐射事件的计算机实现的方法以及用于执行该方法的像素化辐射检测器
CN109828298A (zh) 一种契连柯夫事例脉冲数字化方法与装置
CN106405611A (zh) 一种带电发射衰变的探测方法与装置
CN106405618A (zh) 一种切伦科夫辐射探测方法与装置
Wang et al. Performance evaluation of 18F radioluminescence microscopy using computational simulation
CN106405607A (zh) 一种切伦科夫单事件的探测方法与装置
CN106405619A (zh) 一种探测器的准直方法与装置
CN106405609A (zh) 一种多粒子事件的捕获方法与装置
CN210697662U (zh) 一种契连柯夫事件与伽马事件符合成像装置
CN108398245A (zh) 一种同心发散光源的检测方法与装置
CN203673073U (zh) 一种放射性光电探测器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned

Effective date of abandoning: 20240507

AD01 Patent right deemed abandoned