一種多粒子事件的捕獲方法與裝置與流程

本發明涉及高能物理、光電信號處理和核探測領域，尤其涉及一種多粒子事件的捕獲方法與裝置。

背景技術：

多粒子事件是指某種瞬態的事件發生后，短時間內伴隨著若干個或若干種粒子的吸收和發射。由于在空間或者時間上探測這些粒子的過程是獨立的，需要有一種方法或者裝置判斷探測到的多個粒子是否來自于一次多粒子事件，即捕獲多粒子事件。典型的多粒子事件包括正電子發射及湮滅事件、切倫科夫輻射事件等。

在正電子發射斷層成像中，為了確定捕獲的單伽瑪光子閃爍事件是來源于一次正電子湮滅事件，通常采用時間窗和能量窗的方式判斷獨立探測到的兩個單伽瑪光子閃爍事件是否起因于一次正電子湮滅事件。其中，應用時間窗時，兩個探測器探測到的事件的時間差在這個時間窗內則認為這兩個事件是時間符合的；應用能量窗時，兩個單伽瑪光子閃爍事件的能量值如果在這個能量窗內則認為這兩個事件是能量符合的。同時滿足時間符合和能量符合的計數被認為是符合計數。

在某些阻滯型的探測器中，一個高能粒子會在多個探測器單元內沉積能量，只有依次按先后順序在幾個探測器單元內沉積能量的粒子被選中，這種選通單事件的方法也是通過時間符合來完成的。采用這種選通單事件的方式，極大地增加了系統抵御背景計數的能力，同時賦予了這種系統辨識方向的能力。

因此，針對上述技術問題，有必要針對能夠獲取的單光子多維信息，提供一種新的多粒子事件的捕獲方法與裝置，以克服上述缺陷。全面捕獲單個N粒子事件的角度（2N-D）、時間(N-D)、位置(3N-D)、動量(3N-D)共9N維信息。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種多粒子事件的捕獲方法與裝置，該方法與裝置能有效地讀出一個多粒子事件的多個單粒子事件的測量樣本，通過多粒子的多維信息符合，剔除背景事件，增大重構圖像信噪比，避免環境背景噪聲對讀出信號的影響，并帶有了辨識粒子射入方向的能力。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種多粒子事件的捕獲方法，其包括步驟：

S1：安置多粒子事件的單探測單元；

S2：通過仿真或者解析建模，獲得每個探測單元屬性的多屬性似然概率函數；

S3：在給定的時間區間內，計算所有探測器的聯合多屬性似然函數，并通過最大化所有探測器的聯合多屬性似然函數，判斷當前接收到的多個探測器單元的事件是否屬于同一個多粒子事件；

S4： 將該多粒子事件的觸發的信號反饋給探測器，繼續以高采樣率接收粒子，或者作為觸發信號，使后端電路開始進行計數或者其他事件處理動作（捕獲位置、能量、角度等其他信息）。

優選地，在上述的多粒子事件的捕獲方法中，所述多粒子事件的單事件是指多粒子事件導致的多個單事件中的一個。

優選地，在上述的多粒子事件的捕獲方法中，所述的多粒子事件是指發生后的較短時間內伴隨著多個可以被探測到或者有概率地探測到的單事件的原始事件。

優選地，在上述的多粒子事件的捕獲方法中，所述時間符合是指多個單光子（不少于6個）事件在很短的時間內（例如200 ns）發生，即認為這多個單光子事件屬于同一次多粒子事件。

優選地，在上述的多粒子事件的捕獲方法中，所述多粒子事件發生的位置是指核素發射帶電粒子時核素在生物體中的位置。

一種多粒子事件的捕獲裝置，其中包括單探測單元安置模塊、粒子探測器模塊、多事例時間符合模塊和多粒子事件信號讀出模塊，其中，

單探測單元安置模塊，用于將多個探測器放置在光子經過的位置，并通過仿真實驗，優化位置的選定；

粒子探測器模塊，用于以多視角的方式實現對單粒子的探測。探測器模塊的設計采用孔狀的探測幾何和單光子響應時間較快的光電器件，用以捕獲單個N粒子事件的角度（2N-D）、時間(N-D)、位置(3N-D)、動量(3N-D)共9N維信息；

多事例時間符合模塊，用于判斷多光子事件是否屬于一次多粒子事件，判斷的標準是在較短的時間窗（例如6 ns）內有多個單光子事件（不少于200個）；

多粒子事件信號讀出模塊，用于捕獲選通信號，讀出感興趣的其他信息（角度、時間、位置、動量等）。

從上述技術方案可以看出，通過采用本發明的多粒子事件的捕獲方法與裝置，能有效抵御無關粒子進入影響，特別適合于成像系統中的粒子選判和診斷系統中的粒子甄別。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

（1）抵御背景光和生物體自發光的時間符合設計，有利于降低成像的背景噪聲和無關信號噪聲；

（2）以事件的方式記錄信號，攜帶更多原始信息。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的有關本發明的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明多粒子事件的捕獲方法的流程圖。

圖2為本發明多粒子事件的捕獲裝置的裝置結構圖。

圖3為本發明的富質子核素的衰變產生多個粒子的示意圖。

圖4為本發明任意通道數的時間符合實例的示意圖片段。

圖5為本發明典型的3重單光子事件符合示意圖。

圖6為本發明典型的雙重單光子事件符合示意圖。

圖7為本發明典型的多粒子事件的三光子信號。

圖8為本發明典型的多粒子事件的雙光子信號。

圖9為本發明典型的多粒子事件的多光子信號片段。

圖10為本發明多個單事件在時間軸上的數學抽象示意圖。

圖11為本發明濾波泊松過程的信號示意圖。

具體實施方式

本發明公開了一種單光子時間分辨的多粒子事件的捕獲方法與裝置，該方法與裝置能有效地實現事件到達時間的標記，提升模塊及裝置的時間分辨率。

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行詳細地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

如圖1所示，本發明公開的單光子時間分辨的多粒子事件的捕獲方法與裝置通過以事件的數據形式采集單光子信號，再利用時間符合選判多粒子事件，采樣其他相關信息，具體的方法步驟為：

S1：安置多粒子事件的單探測單元；

S2：通過仿真或者解析建模，獲得每個探測單元屬性的多屬性似然概率函數；

S3：在給定的時間區間內，計算所有探測器的聯合多屬性似然函數，并通過最大化所有探測器的聯合多屬性似然函數，判斷當前接收到的多個探測器單元的事件是否屬于同一個多粒子事件；

S4： 將該多粒子事件的觸發的信號反饋給探測器，繼續以高采樣率接收粒子，或者作為觸發信號，使后端電路開始進行計數或者其他事件處理動作（捕獲位置、能量、角度等其他信息）。

以上單光子時間分辨的多粒子事件的捕獲裝置中，所述多粒子事件的單事件是指多粒子事件導致的多個單事件中的一個。

以上單光子時間分辨的多粒子事件的捕獲裝置中，所述的多粒子事件是指發生后的較短時間內伴隨著多個可以被探測到或者有概率地探測到的單事件的原始事件。

以上單光子時間分辨的多粒子事件的捕獲裝置中，所述時間符合是指多個單光子（不少于6個）事件在很短的時間內（例如200 ns）發生，即認為這多個單光子事件屬于同一次多粒子事件。

以上單光子時間分辨的多粒子事件的捕獲裝置中，所述多粒子事件發生的位置是指核素發射帶電粒子時核素在生物體中的位置。

如圖2所示，本發明公開的一種多粒子事件的捕獲裝置，其中包括單探測單元安置模塊100、粒子探測器模塊200、多事例時間符合模塊300和多粒子事件信號讀出模塊400，其中，

單探測單元安置模塊100，用于將多個探測器放置在光子經過的位置，并通過仿真實驗，優化位置的選定；

粒子探測器模塊200，用于以多視角的方式實現對單粒子的探測。探測器模塊的設計采用孔狀的探測幾何和單光子響應時間較快的光電器件，用以捕獲單個N粒子事件的角度（2N-D）、時間(N-D)、位置(3N-D)、動量(3N-D)共9N維信息；

多事例時間符合模塊300，用于判斷多光子事件是否屬于一次多粒子事件，判斷的標準是在較短的時間窗（例如6 ns）內有多個單光子事件（不少于200個）；

多粒子事件信號讀出模塊400，用于捕獲選通信號，讀出感興趣的其他信息（角度、時間、位置、動量等）。

從上述技術方案可以看出，通過采用本發明的多粒子事件的捕獲方法與裝置，能有效抵御無關粒子進入影響，特別適合于成像系統中的粒子選判和診斷系統中的粒子甄別。

圖3為本發明的富質子核素的衰變產生多個粒子的示意圖。圖4為本發明任意通道數的時間符合實例的示意圖片段。圖5為本發明典型的3重單光子事件符合示意圖。圖6為本發明典型的雙重單光子事件符合示意圖。圖7為本發明典型的多粒子事件的三光子信號。圖8為本發明典型的多粒子事件的雙光子信號。圖9為本發明典型的多粒子事件的多光子信號片段。圖10為本發明多個單事件在時間軸上的數學抽象示意圖。結合圖3、圖4及圖5，通過幾個具體的實施例，對本發明單光子時間分辨的多粒子事件的捕獲方法與裝置做進一步描述。本發明提出的單光子時間分辨的多粒子事件的捕獲方法與裝置，其涉及到的參數、探測幾何設計、時間符合處理需要根據與獲取數據的特點進行調節以達到良好的時間分辨性能和較短的脈沖持續時間。此處列出所涉及的應用實施例處理數據的參數。

實例1：

此處列出本實施例處理數據的參數：

步驟（1）所用的實際裝置為使用暗箱尺寸為1.6m×1.5m×1.5m。射源為多個能峰的正電子湮滅伽馬光子60Co；

步驟（2）采用藍光增強的硅光電倍增管，探測器采用環狀結構；

步驟（3）符合時間約為2ns，符合判斷采用離線式的時間符合處理；

步驟（4）搜集信息包含前50個粒子的時間、能量和位置信息。

實例2：

此處列出本應用實例2處理數據的參數：

步驟（1）所用的實際裝置為使用暗箱尺寸為1.5m×1.6m×1.6m。射源為511kev的124I-NaI；

步驟（2）采用紅光增強的光電倍增管，探測器采用平板結構；

步驟（3）符合時間約為10ns，符合判斷采用在線式的時間符合處理，符合時采用級聯判選，共100個粒子；

步驟（4）搜集信息包含所有100個粒子的時間、能量、角度和位置信息。

本發明的方法和裝置可以用于輻射帶電微粒的核技術，包括核探測、核分析、核醫學儀器。

特別適合于成像系統中的粒子選判和診斷系統中的粒子甄別。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

（1）抵御背景光和生物體自發光的時間符合設計，有利于降低成像的背景噪聲和無關信號噪聲；

（2）以事件的方式記錄信號，攜帶更多原始信息。

對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。