一种多粒子事件的捕获方法与装置与流程

本发明涉及高能物理、光电信号处理和核探测领域，尤其涉及一种多粒子事件的捕获方法与装置。

背景技术：

多粒子事件是指某种瞬态的事件发生后，短时间内伴随着若干个或若干种粒子的吸收和发射。由于在空间或者时间上探测这些粒子的过程是独立的，需要有一种方法或者装置判断探测到的多个粒子是否来自于一次多粒子事件，即捕获多粒子事件。典型的多粒子事件包括正电子发射及湮灭事件、切伦科夫辐射事件等。

在正电子发射断层成像中，为了确定捕获的单伽玛光子闪烁事件是来源于一次正电子湮灭事件，通常采用时间窗和能量窗的方式判断独立探测到的两个单伽玛光子闪烁事件是否起因于一次正电子湮灭事件。其中，应用时间窗时，两个探测器探测到的事件的时间差在这个时间窗内则认为这两个事件是时间符合的；应用能量窗时，两个单伽玛光子闪烁事件的能量值如果在这个能量窗内则认为这两个事件是能量符合的。同时满足时间符合和能量符合的计数被认为是符合计数。

在某些阻滞型的探测器中，一个高能粒子会在多个探测器单元内沉积能量，只有依次按先后顺序在几个探测器单元内沉积能量的粒子被选中，这种选通单事件的方法也是通过时间符合来完成的。采用这种选通单事件的方式，极大地增加了系统抵御背景计数的能力，同时赋予了这种系统辨识方向的能力。

因此，针对上述技术问题，有必要针对能够获取的单光子多维信息，提供一种新的多粒子事件的捕获方法与装置，以克服上述缺陷。全面捕获单个N粒子事件的角度（2N-D）、时间(N-D)、位置(3N-D)、动量(3N-D)共9N维信息。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多粒子事件的捕获方法与装置，该方法与装置能有效地读出一个多粒子事件的多个单粒子事件的测量样本，通过多粒子的多维信息符合，剔除背景事件，增大重构图像信噪比，避免环境背景噪声对读出信号的影响，并带有了辨识粒子射入方向的能力。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多粒子事件的捕获方法，其包括步骤：

S1：安置多粒子事件的单探测单元；

S2：通过仿真或者解析建模，获得每个探测单元属性的多属性似然概率函数；

S3：在给定的时间区间内，计算所有探测器的联合多属性似然函数，并通过最大化所有探测器的联合多属性似然函数，判断当前接收到的多个探测器单元的事件是否属于同一个多粒子事件；

S4： 将该多粒子事件的触发的信号反馈给探测器，继续以高采样率接收粒子，或者作为触发信号，使后端电路开始进行计数或者其他事件处理动作（捕获位置、能量、角度等其他信息）。

优选地，在上述的多粒子事件的捕获方法中，所述多粒子事件的单事件是指多粒子事件导致的多个单事件中的一个。

优选地，在上述的多粒子事件的捕获方法中，所述的多粒子事件是指发生后的较短时间内伴随着多个可以被探测到或者有概率地探测到的单事件的原始事件。

优选地，在上述的多粒子事件的捕获方法中，所述时间符合是指多个单光子（不少于6个）事件在很短的时间内（例如200 ns）发生，即认为这多个单光子事件属于同一次多粒子事件。

优选地，在上述的多粒子事件的捕获方法中，所述多粒子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。

一种多粒子事件的捕获装置，其中包括单探测单元安置模块、粒子探测器模块、多事例时间符合模块和多粒子事件信号读出模块，其中，

单探测单元安置模块，用于将多个探测器放置在光子经过的位置，并通过仿真实验，优化位置的选定；

粒子探测器模块，用于以多视角的方式实现对单粒子的探测。探测器模块的设计采用孔状的探测几何和单光子响应时间较快的光电器件，用以捕获单个N粒子事件的角度（2N-D）、时间(N-D)、位置(3N-D)、动量(3N-D)共9N维信息；

多事例时间符合模块，用于判断多光子事件是否属于一次多粒子事件，判断的标准是在较短的时间窗（例如6 ns）内有多个单光子事件（不少于200个）；

多粒子事件信号读出模块，用于捕获选通信号，读出感兴趣的其他信息（角度、时间、位置、动量等）。

从上述技术方案可以看出，通过采用本发明的多粒子事件的捕获方法与装置，能有效抵御无关粒子进入影响，特别适合于成像系统中的粒子选判和诊断系统中的粒子甄别。

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和无关信号噪声；

（2）以事件的方式记录信号，携带更多原始信息。

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为本发明多粒子事件的捕获方法的流程图。

图2为本发明多粒子事件的捕获装置的装置结构图。

图3为本发明的富质子核素的衰变产生多个粒子的示意图。

图4为本发明任意通道数的时间符合实例的示意图片段。

图5为本发明典型的3重单光子事件符合示意图。

图6为本发明典型的双重单光子事件符合示意图。

图7为本发明典型的多粒子事件的三光子信号。

图8为本发明典型的多粒子事件的双光子信号。

图9为本发明典型的多粒子事件的多光子信号片段。

图10为本发明多个单事件在时间轴上的数学抽象示意图。

图11为本发明滤波泊松过程的信号示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种单光子时间分辨的多粒子事件的捕获方法与装置，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多粒子事件的捕获方法与装置通过以事件的数据形式采集单光子信号，再利用时间符合选判多粒子事件，采样其他相关信息，具体的方法步骤为：

S1：安置多粒子事件的单探测单元；

S2：通过仿真或者解析建模，获得每个探测单元属性的多属性似然概率函数；

S3：在给定的时间区间内，计算所有探测器的联合多属性似然函数，并通过最大化所有探测器的联合多属性似然函数，判断当前接收到的多个探测器单元的事件是否属于同一个多粒子事件；

S4： 将该多粒子事件的触发的信号反馈给探测器，继续以高采样率接收粒子，或者作为触发信号，使后端电路开始进行计数或者其他事件处理动作（捕获位置、能量、角度等其他信息）。

以上单光子时间分辨的多粒子事件的捕获装置中，所述多粒子事件的单事件是指多粒子事件导致的多个单事件中的一个。

以上单光子时间分辨的多粒子事件的捕获装置中，所述的多粒子事件是指发生后的较短时间内伴随着多个可以被探测到或者有概率地探测到的单事件的原始事件。

以上单光子时间分辨的多粒子事件的捕获装置中，所述时间符合是指多个单光子（不少于6个）事件在很短的时间内（例如200 ns）发生，即认为这多个单光子事件属于同一次多粒子事件。

以上单光子时间分辨的多粒子事件的捕获装置中，所述多粒子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。

如图2所示，本发明公开的一种多粒子事件的捕获装置，其中包括单探测单元安置模块100、粒子探测器模块200、多事例时间符合模块300和多粒子事件信号读出模块400，其中，

单探测单元安置模块100，用于将多个探测器放置在光子经过的位置，并通过仿真实验，优化位置的选定；

粒子探测器模块200，用于以多视角的方式实现对单粒子的探测。探测器模块的设计采用孔状的探测几何和单光子响应时间较快的光电器件，用以捕获单个N粒子事件的角度（2N-D）、时间(N-D)、位置(3N-D)、动量(3N-D)共9N维信息；

多事例时间符合模块300，用于判断多光子事件是否属于一次多粒子事件，判断的标准是在较短的时间窗（例如6 ns）内有多个单光子事件（不少于200个）；

多粒子事件信号读出模块400，用于捕获选通信号，读出感兴趣的其他信息（角度、时间、位置、动量等）。

从上述技术方案可以看出，通过采用本发明的多粒子事件的捕获方法与装置，能有效抵御无关粒子进入影响，特别适合于成像系统中的粒子选判和诊断系统中的粒子甄别。

图3为本发明的富质子核素的衰变产生多个粒子的示意图。图4为本发明任意通道数的时间符合实例的示意图片段。图5为本发明典型的3重单光子事件符合示意图。图6为本发明典型的双重单光子事件符合示意图。图7为本发明典型的多粒子事件的三光子信号。图8为本发明典型的多粒子事件的双光子信号。图9为本发明典型的多粒子事件的多光子信号片段。图10为本发明多个单事件在时间轴上的数学抽象示意图。结合图3、图4及图5，通过几个具体的实施例，对本发明单光子时间分辨的多粒子事件的捕获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多粒子事件的捕获方法与装置，其涉及到的参数、探测几何设计、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时间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1.6m×1.5m×1.5m。射源为多个能峰的正电子湮灭伽马光子60Co；

步骤（2）采用蓝光增强的硅光电倍增管，探测器采用环状结构；

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）搜集信息包含前50个粒子的时间、能量和位置信息。

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1.5m×1.6m×1.6m。射源为511kev的124I-NaI；

步骤（2）采用红光增强的光电倍增管，探测器采用平板结构；

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，符合时采用级联判选，共100个粒子；

步骤（4）搜集信息包含所有100个粒子的时间、能量、角度和位置信息。

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。

特别适合于成像系统中的粒子选判和诊断系统中的粒子甄别。

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和无关信号噪声；

（2）以事件的方式记录信号，携带更多原始信息。

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。