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

背景技術(shù)：

多粒子事件是指某種瞬態(tài)的事件發(fā)生后，短時(shí)間內(nèi)伴隨著若干個(gè)或若干種粒子的吸收和發(fā)射。由于在空間或者時(shí)間上探測這些粒子的過程是獨(dú)立的，需要有一種方法或者裝置判斷探測到的多個(gè)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(fā)射及湮滅事件、切倫科夫輻射事件等。

在正電子發(fā)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(shí)間窗和能量窗的方式判斷獨(dú)立探測到的兩個(gè)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(yīng)用時(shí)間窗時(shí)，兩個(gè)探測器探測到的事件的時(shí)間差在這個(gè)時(shí)間窗內(nèi)則認(rèn)為這兩個(gè)事件是時(shí)間符合的；應(yīng)用能量窗時(shí)，兩個(gè)單伽瑪光子閃爍事件的能量值如果在這個(gè)能量窗內(nèi)則認(rèn)為這兩個(gè)事件是能量符合的。同時(shí)滿足時(shí)間符合和能量符合的計(jì)數(shù)被認(rèn)為是符合計(jì)數(shù)。

在某些阻滯型的探測器中，一個(gè)高能粒子會在多個(gè)探測器單元內(nèi)沉積能量，只有依次按先后順序在幾個(gè)探測器單元內(nèi)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(shí)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(tǒng)抵御背景計(jì)數(shù)的能力，同時(shí)賦予了這種系統(tǒng)辨識方向的能力。

因此，針對上述技術(shù)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(gè)N粒子事件的角度（2N-D）、時(shí)間(N-D)、位置(3N-D)、動(dòng)量(3N-D)共9N維信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)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(gè)多粒子事件的多個(gè)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(gòu)圖像信噪比，避免環(huán)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(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)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(gè)探測單元屬性的多屬性似然概率函數(shù)；

S3：在給定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，計(jì)算所有探測器的聯(lián)合多屬性似然函數(shù)，并通過最大化所有探測器的聯(lián)合多屬性似然函數(shù)，判斷當(dāng)前接收到的多個(gè)探測器單元的事件是否屬于同一個(gè)多粒子事件；

S4： 將該多粒子事件的觸發(fā)的信號反饋給探測器，繼續(xù)以高采樣率接收粒子，或者作為觸發(fā)信號，使后端電路開始進(jìn)行計(jì)數(shù)或者其他事件處理動(dòng)作（捕獲位置、能量、角度等其他信息）。

優(yōu)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(dǎo)致的多個(gè)單事件中的一個(gè)。

優(yōu)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(fā)生后的較短時(shí)間內(nèi)伴隨著多個(gè)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(yōu)選地，在上述的多粒子事件的捕獲方法中，所述時(shí)間符合是指多個(gè)單光子（不少于6個(gè)）事件在很短的時(shí)間內(nèi)（例如200 ns）發(fā)生，即認(rèn)為這多個(gè)單光子事件屬于同一次多粒子事件。

優(yōu)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(fā)生的位置是指核素發(fā)射帶電粒子時(shí)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(shí)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(gè)探測器放置在光子經(jīng)過的位置，并通過仿真實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化位置的選定；

粒子探測器模塊，用于以多視角的方式實(shí)現(xiàn)對單粒子的探測。探測器模塊的設(shè)計(jì)采用孔狀的探測幾何和單光子響應(yīng)時(shí)間較快的光電器件，用以捕獲單個(gè)N粒子事件的角度（2N-D）、時(shí)間(N-D)、位置(3N-D)、動(dòng)量(3N-D)共9N維信息；

多事例時(shí)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(biāo)準(zhǔn)是在較短的時(shí)間窗（例如6 ns）內(nèi)有多個(gè)單光子事件（不少于200個(gè)）；

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(shí)間、位置、動(dòng)量等）。

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

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

（1）抵御背景光和生物體自發(fā)光的時(shí)間符合設(shè)計(jì)，有利于降低成像的背景噪聲和無關(guān)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(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)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(guān)本發(fā)明的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明多粒子事件的捕獲方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明多粒子事件的捕獲裝置的裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明的富質(zhì)子核素的衰變產(chǎn)生多個(gè)粒子的示意圖。

圖4為本發(fā)明任意通道數(shù)的時(shí)間符合實(shí)例的示意圖片段。

圖5為本發(fā)明典型的3重單光子事件符合示意圖。

圖6為本發(fā)明典型的雙重單光子事件符合示意圖。

圖7為本發(fā)明典型的多粒子事件的三光子信號。

圖8為本發(fā)明典型的多粒子事件的雙光子信號。

圖9為本發(fā)明典型的多粒子事件的多光子信號片段。

圖10為本發(fā)明多個(gè)單事件在時(shí)間軸上的數(shù)學(xué)抽象示意圖。

圖11為本發(fā)明濾波泊松過程的信號示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開了一種單光子時(shí)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(shí)現(xiàn)事件到達(dá)時(shí)間的標(biāo)記，提升模塊及裝置的時(shí)間分辨率。

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明公開的單光子時(shí)間分辨的多粒子事件的捕獲方法與裝置通過以事件的數(shù)據(jù)形式采集單光子信號，再利用時(shí)間符合選判多粒子事件，采樣其他相關(guān)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(gè)探測單元屬性的多屬性似然概率函數(shù)；

S3：在給定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，計(jì)算所有探測器的聯(lián)合多屬性似然函數(shù)，并通過最大化所有探測器的聯(lián)合多屬性似然函數(shù)，判斷當(dāng)前接收到的多個(gè)探測器單元的事件是否屬于同一個(gè)多粒子事件；

S4： 將該多粒子事件的觸發(fā)的信號反饋給探測器，繼續(xù)以高采樣率接收粒子，或者作為觸發(fā)信號，使后端電路開始進(jìn)行計(jì)數(shù)或者其他事件處理動(dòng)作（捕獲位置、能量、角度等其他信息）。

以上單光子時(shí)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(dǎo)致的多個(gè)單事件中的一個(gè)。

以上單光子時(shí)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(fā)生后的較短時(shí)間內(nèi)伴隨著多個(gè)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(shí)間分辨的多粒子事件的捕獲裝置中，所述時(shí)間符合是指多個(gè)單光子（不少于6個(gè)）事件在很短的時(shí)間內(nèi)（例如200 ns）發(fā)生，即認(rèn)為這多個(gè)單光子事件屬于同一次多粒子事件。

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

如圖2所示，本發(fā)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(shí)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(gè)探測器放置在光子經(jīng)過的位置，并通過仿真實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化位置的選定；

粒子探測器模塊200，用于以多視角的方式實(shí)現(xiàn)對單粒子的探測。探測器模塊的設(shè)計(jì)采用孔狀的探測幾何和單光子響應(yīng)時(shí)間較快的光電器件，用以捕獲單個(gè)N粒子事件的角度（2N-D）、時(shí)間(N-D)、位置(3N-D)、動(dòng)量(3N-D)共9N維信息；

多事例時(shí)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(biāo)準(zhǔn)是在較短的時(shí)間窗（例如6 ns）內(nèi)有多個(gè)單光子事件（不少于200個(gè)）；

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(shí)間、位置、動(dòng)量等）。

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

圖3為本發(fā)明的富質(zhì)子核素的衰變產(chǎn)生多個(gè)粒子的示意圖。圖4為本發(fā)明任意通道數(shù)的時(shí)間符合實(shí)例的示意圖片段。圖5為本發(fā)明典型的3重單光子事件符合示意圖。圖6為本發(fā)明典型的雙重單光子事件符合示意圖。圖7為本發(fā)明典型的多粒子事件的三光子信號。圖8為本發(fā)明典型的多粒子事件的雙光子信號。圖9為本發(fā)明典型的多粒子事件的多光子信號片段。圖10為本發(fā)明多個(gè)單事件在時(shí)間軸上的數(shù)學(xué)抽象示意圖。結(jié)合圖3、圖4及圖5，通過幾個(gè)具體的實(shí)施例，對本發(fā)明單光子時(shí)間分辨的多粒子事件的捕獲方法與裝置做進(jìn)一步描述。本發(fā)明提出的單光子時(shí)間分辨的多粒子事件的捕獲方法與裝置，其涉及到的參數(shù)、探測幾何設(shè)計(jì)、時(shí)間符合處理需要根據(jù)與獲取數(shù)據(jù)的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)以達(dá)到良好的時(shí)間分辨性能和較短的脈沖持續(xù)時(shí)間。此處列出所涉及的應(yīng)用實(shí)施例處理數(shù)據(jù)的參數(shù)。

實(shí)例1：

此處列出本實(shí)施例處理數(shù)據(jù)的參數(shù)：

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

步驟（2）采用藍(lán)光增強(qiáng)的硅光電倍增管，探測器采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)；

步驟（3）符合時(shí)間約為2ns，符合判斷采用離線式的時(shí)間符合處理；

步驟（4）搜集信息包含前50個(gè)粒子的時(shí)間、能量和位置信息。

實(shí)例2：

此處列出本應(yīng)用實(shí)例2處理數(shù)據(jù)的參數(shù)：

步驟（1）所用的實(shí)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(qiáng)的光電倍增管，探測器采用平板結(jié)構(gòu)；

步驟（3）符合時(shí)間約為10ns，符合判斷采用在線式的時(shí)間符合處理，符合時(shí)采用級聯(lián)判選，共100個(gè)粒子；

步驟（4）搜集信息包含所有100個(gè)粒子的時(shí)間、能量、角度和位置信息。

本發(fā)明的方法和裝置可以用于輻射帶電微粒的核技術(shù)，包括核探測、核分析、核醫(yī)學(xué)儀器。

特別適合于成像系統(tǒng)中的粒子選判和診斷系統(tǒng)中的粒子甄別。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

（1）抵御背景光和生物體自發(fā)光的時(shí)間符合設(shè)計(jì)，有利于降低成像的背景噪聲和無關(guān)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(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。