本發(fā)明涉及光子測量領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法及裝置。

背景技術(shù)：

在高能光子(例如X射線、伽瑪光子等)檢測領(lǐng)域，檢測器系統(tǒng)一般由閃爍晶體、光電傳感器和讀出電路等部件組成。下面以正電子發(fā)射成像系統(tǒng)為例進(jìn)行描述。在正電子發(fā)射成像系統(tǒng)中，閃爍晶體，例如鍺酸鉍(BGO)、硅酸釔镥(LYSO)、溴化鑭(LaBr3)等，可以將伽瑪光子轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽庾尤?。光電傳感器，例如光電倍增?PMT)、硅光電倍增管(SiPM)、雪崩光電二極管(APD)等，可以將可見光子群的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。讀出電路可以通過測量光電傳感器輸出的電信號(hào)來得到伽瑪光子的能量和伽瑪光子到達(dá)檢測器系統(tǒng)的時(shí)間(即伽瑪光子的到達(dá)時(shí)間)。

根據(jù)閃爍晶體的構(gòu)型的不同，檢測器系統(tǒng)可以分為基于離散晶體的檢測器系統(tǒng)和基于連續(xù)晶體的檢測器系統(tǒng)。由于讀出電路復(fù)雜度、晶體表面處理等方面的原因，在商品化正電子發(fā)射成像系統(tǒng)中，均采用基于離散晶體的檢測器系統(tǒng)。

基于離散晶體的檢測器系統(tǒng)的閃爍晶體層由離散晶體陣列組成。例如，可以用3毫米×3毫米×20毫米的晶體，組成10×10的陣列，晶體陣列總大小為30毫米×30毫米×20毫米。通過設(shè)計(jì)相應(yīng)的光電傳感器陣列和讀出電路，可以確認(rèn)伽瑪光子打到哪個(gè)離散晶體中(稱為解碼)。

基于離散晶體的檢測器系統(tǒng)的時(shí)間測量精度，受晶體本征時(shí)間性能、晶體的尺寸(伽瑪光子在晶體中不同位置轉(zhuǎn)換為可見光子群，這些可見光子群到達(dá)光電傳感器的時(shí)間不一樣)、光電傳感器的響應(yīng)時(shí)間穩(wěn)定性(jitter)、讀出電路的時(shí)間測量精度等因素的影響。有研究表明，在上述因素中，最主要的瓶頸是光電傳感器的響應(yīng)時(shí)間穩(wěn)定性。由于這個(gè)瓶頸的存在，由最常用的硅酸镥(LSO)晶體(3毫米×3毫米×30毫米)構(gòu)成的檢測器系統(tǒng)在理論上的最優(yōu)時(shí)間分辨率不可能優(yōu)于70ps。實(shí)際的商品化正電子發(fā)射成像系統(tǒng)的時(shí)間分辨率一般在500ps左右，最優(yōu)不優(yōu)于320ps。

因此，需要提供一種用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法，以至少部分地解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了至少部分地解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法。該方法包括：獲取與光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元所檢測到的、高能光子與閃爍晶體發(fā)生反應(yīng)所產(chǎn)生的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間，其中，閃爍晶體是連續(xù)晶體，光電傳感器陣列包括與閃爍晶體耦合的多個(gè)傳感器單元；至少基于與光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間，獲得與光電傳感器陣列中的選定的至少部分傳感器單元中的每一個(gè)分別對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間；以及對(duì)與至少部分傳感器單元中的每一個(gè)分別對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間求平均，以獲得高能光子的到達(dá)時(shí)間。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的裝置。該裝置包括：時(shí)間獲取模塊，用于獲取與光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元所檢測到的、高能光子與閃爍晶體發(fā)生反應(yīng)所產(chǎn)生的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間，其中，閃爍晶體是連續(xù)晶體，光電傳感器陣列包括與閃爍晶體耦合的多個(gè)傳感器單元；待平均時(shí)間獲得模塊，用于至少基于與光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間，獲得與光電傳感器陣列中的選定的至少部分傳感器單元中的每一個(gè)分別對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間；以及平均模塊，用于對(duì)與至少部分傳感器單元中的每一個(gè)分別對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間求平均，以獲得高能光子的到達(dá)時(shí)間。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法和裝置，通過對(duì)針對(duì)多個(gè)傳感器單元獲得的、與可見光子的到達(dá)時(shí)間相對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間求平均，可以獲得較高的時(shí)間分辨率。

在發(fā)明內(nèi)容中引入了一系列簡化的概念，這些概念將在具體實(shí)施方式部分中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。

以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征。

附圖說明

本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施方式及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于連續(xù)晶體的檢測器系統(tǒng)的示意圖；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法的流程示意圖；

圖3示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法的流程示意圖；

圖4示出根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法的流程示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于九個(gè)不同反應(yīng)位置對(duì)光電傳感器陣列所檢測到的可見光子的能量分布進(jìn)行仿真的仿真結(jié)果；

圖6示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的傳感器單元輸出的兩種不同大小的電信號(hào)的波形及與這兩種電信號(hào)分別對(duì)應(yīng)的觸發(fā)時(shí)間的示意圖；

圖7示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的高能光子在閃爍晶體內(nèi)的目標(biāo)反應(yīng)位置與傳感器單元之間的距離關(guān)系的示意圖；

圖8示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的高能光子及與其相符合的高能光子入射到各自對(duì)應(yīng)的閃爍晶體的示意圖；

圖9示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的高能光子及與其相符合的高能光子入射到各自對(duì)應(yīng)的閃爍晶體的示意圖；

圖10示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的改進(jìn)的基于連續(xù)晶體的檢測器系統(tǒng)的示意圖；以及

圖11示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的裝置的示意性框圖。

具體實(shí)施方式

在下文的描述中，提供了大量的細(xì)節(jié)以便能夠徹底地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以了解，如下描述僅涉及本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這樣的細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。此外，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法和裝置，其用于基于連續(xù)晶體的超高時(shí)間分辨率檢測器系統(tǒng)?；谶B續(xù)晶體的檢測器系統(tǒng)的閃爍晶體層可以由一整塊連續(xù)晶體組成。例如，可以用一塊30毫米×30毫米×20毫米的晶體，直接構(gòu)成閃爍晶體層。通過設(shè)計(jì)相應(yīng)的光電傳感器陣列和讀出電路，可以確認(rèn)伽瑪光子打到連續(xù)晶體中的哪個(gè)位置(稱為解碼)。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于連續(xù)晶體的檢測器系統(tǒng)100的示意圖。如圖1所示，檢測器系統(tǒng)100包括連續(xù)晶體110、光電傳感器陣列120、讀出電路130和數(shù)據(jù)處理模塊140。

如圖1所示，光電傳感器陣列120可以安置在連續(xù)晶體110下方，與該連續(xù)晶體110耦合。連續(xù)晶體的其他面可以覆蓋有不同類型的反光材料。光電傳感器陣列120也可以安置在連續(xù)晶體其他任何一個(gè)面上，本發(fā)明不做限制。光電傳感器陣列120也可以是多個(gè)光電傳感器陣列，安置在連續(xù)晶體其他任何一個(gè)，兩個(gè)，三個(gè)，四個(gè)，五個(gè)或者六個(gè)面上，其他面可以覆蓋有不同類型的反光材料，本發(fā)明不做限制。

光電傳感器陣列120可以包括多個(gè)傳感器單元，例如，光電傳感器陣列可以是4×4的陣列，包括16個(gè)傳感器單元。當(dāng)高能光子(例如伽瑪光子)入射到連續(xù)晶體110中時(shí)，可以與連續(xù)晶體110發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生能量較低的可見光子群?？梢姽庾尤褐鄙浠蚍瓷涞焦怆妭鞲衅麝嚵?20上，由光電傳感器陣列120中的若干傳感器單元接收。當(dāng)高能光子出現(xiàn)并與連續(xù)晶體110發(fā)生反應(yīng)時(shí)，檢測到可見光子的傳感器單元通常不止一個(gè)。

光電傳感器陣列120中的每個(gè)傳感器單元可以將檢測到的可見光子的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將電信號(hào)輸出到與其相連的讀出電路130?？梢岳斫?，對(duì)于未檢測到可見光子的傳感器單元，其輸出的電信號(hào)可以是0。讀出電路130可以并行讀取多個(gè)傳感器單元輸出的電信號(hào)，并分別輸出與每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量和到達(dá)時(shí)間。應(yīng)理解，本文所描述的、讀出電路130輸出的到達(dá)時(shí)間可以是包含時(shí)間信息的電信號(hào)，本文所描述的、讀出電路130輸出的能量可以是包含能量信息的電信號(hào)。

讀出電路130可以將與每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量和到達(dá)時(shí)間輸出到與其相連的數(shù)據(jù)處理模塊140中，由數(shù)據(jù)處理模塊140進(jìn)行高能光子的到達(dá)時(shí)間的計(jì)算。

示例性地，讀出電路130可以是一個(gè)獨(dú)立的電路或者可以包括多個(gè)分立的電路。例如，讀出電路130可以是一個(gè)獨(dú)立的電路，其與光電傳感器陣列120中的所有傳感器單元連接，并且可以并行讀取所有傳感器單元輸出的電信號(hào)。又例如，假設(shè)光電傳感器陣列120包括16個(gè)傳感器單元，則讀出電路130可以包括16個(gè)分立的電路，16個(gè)分立的電路與16個(gè)傳感器單元一一對(duì)應(yīng)連接，每個(gè)分立的電路用于讀取對(duì)應(yīng)的傳感器單元輸出的電信號(hào)。當(dāng)然，上述讀出電路130的實(shí)現(xiàn)方式僅是示例，讀出電路130可以具有任何合適的電路結(jié)構(gòu)，本發(fā)明不對(duì)此進(jìn)行限制。

數(shù)據(jù)處理模塊140可以實(shí)現(xiàn)本文所述的用于測量高能光子的方法。示例性地，數(shù)據(jù)處理模塊140可以采用任何合適的硬件、軟件和/或固件實(shí)現(xiàn)。下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明提出的用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法200的流程示意圖。如圖2所示，方法200包括以下步驟。

在步驟S210，獲取與光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元所檢測到的、高能光子與閃爍晶體發(fā)生反應(yīng)所產(chǎn)生的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間，其中，閃爍晶體是連續(xù)晶體，光電傳感器陣列包括與閃爍晶體耦合的多個(gè)傳感器單元。

如上文所述，讀出電路130可以將與每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量和到達(dá)時(shí)間輸出到與其相連的數(shù)據(jù)處理模塊140中，數(shù)據(jù)處理模塊140可以接收讀出電路130輸出的能量和時(shí)間信息。

在步驟S220，至少基于與光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間，獲得與光電傳感器陣列中的選定的至少部分傳感器單元中的每一個(gè)分別對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間。

在一個(gè)示例中，所述至少部分傳感器單元包括光電傳感器陣列中的所有傳感器單元，可以直接將與光電傳感器陣列中的所有傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間作為與光電傳感器陣列中的至少部分傳感器單元中的每一個(gè)分別對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間，也就是說，不對(duì)從讀出電路接收到的各到達(dá)時(shí)間進(jìn)行任何處理，直接對(duì)這些到達(dá)時(shí)間進(jìn)行后續(xù)的平均，以求得高能光子的到達(dá)時(shí)間。

在另一個(gè)示例中，所述至少部分傳感器單元包括光電傳感器陣列中的一部分傳感器單元而非所有傳感器單元。在這種情況下，可以首先對(duì)傳感器單元進(jìn)行挑選，例如，可以僅將與其所檢測到的可見光子相關(guān)的能量大于預(yù)設(shè)能量的傳感器單元挑選出來作為本文所述的至少部分傳感器單元。隨后，在后續(xù)的步驟S130中，對(duì)與挑選出來的至少部分傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間求平均，以求得高能光子的到達(dá)時(shí)間。

在又一個(gè)示例中，所述至少部分傳感器單元包括光電傳感器陣列中的所有傳感器單元。在本示例中，可以首先對(duì)與每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行修正，將經(jīng)修正的到達(dá)時(shí)間作為待平均時(shí)間參與后續(xù)的求平均操作。到達(dá)時(shí)間的修正方式將在下文描述。

在再一個(gè)示例中，所述至少部分傳感器單元包括光電傳感器陣列中的一部分傳感器單元而非所有傳感器單元。在這種情況下，可以首先對(duì)傳感器單元進(jìn)行挑選，例如，可以僅將與其所檢測到的可見光子相關(guān)的能量大于預(yù)設(shè)能量的傳感器單元挑選出來作為本文所述的至少部分傳感器單元。然后，可以首先對(duì)與挑選出的傳感器單元中的每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行修正，將經(jīng)修正的到達(dá)時(shí)間作為待平均時(shí)間參與后續(xù)的平均化操作。替代地，也可以對(duì)與光電傳感器陣列中的所有傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行修正，隨后從所有傳感器單元中挑選出所述至少部分傳感器單元，對(duì)與挑選出的至少部分傳感器單元對(duì)應(yīng)的經(jīng)修正的到達(dá)時(shí)間求平均，以求得高能光子的到達(dá)時(shí)間。

在步驟S230，對(duì)與至少部分傳感器單元中的每一個(gè)分別對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間求平均，以獲得高能光子的到達(dá)時(shí)間。

可以對(duì)與上述至少部分傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間求平均。求平均的方式可以是簡單的算數(shù)平均或加權(quán)平均等。

在現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用單個(gè)傳感器單元對(duì)高能光子發(fā)生事件(例如伽瑪事件)進(jìn)行檢測，與該傳感器單元檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間即被視為是高能光子的到達(dá)時(shí)間。在本發(fā)明中，采用多個(gè)傳感器單元針對(duì)同一高能光子發(fā)生事件進(jìn)行檢測，讀出電路根據(jù)多個(gè)傳感器單元輸出的電信號(hào)測量獲得多個(gè)與可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間，相當(dāng)于是測量獲得一個(gè)高能光子的多個(gè)到達(dá)時(shí)間，其也可以理解為對(duì)同一高能光子進(jìn)行了多次測量，每次測量獲得一個(gè)到達(dá)時(shí)間。隨后，可以對(duì)與多個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間求平均，將平均獲得的時(shí)間視為高能光子的實(shí)際到達(dá)時(shí)間。當(dāng)然，在求平均之前，還可以對(duì)與傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，以提高與可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間的準(zhǔn)確度，進(jìn)而提高通過求平均獲得的高能光子的到達(dá)時(shí)間的準(zhǔn)確度。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，在每次針對(duì)高能光子的到達(dá)時(shí)間的測量中，光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元的響應(yīng)時(shí)間穩(wěn)定性所造成的誤差，以及讀出電路的時(shí)間測量誤差，在理論上都分別是相互獨(dú)立的隨機(jī)變量。由于對(duì)針對(duì)傳感器陣列中的多個(gè)傳感器單元測量獲得的到達(dá)時(shí)間(或經(jīng)過修正的到達(dá)時(shí)間)求平均，并且信號(hào)(即高能光子的真實(shí)到達(dá)時(shí)間)的幅度不變，因此噪聲(例如，響應(yīng)時(shí)間穩(wěn)定性誤差，或者讀出電路的時(shí)間測量誤差)的幅度可以降低為：

在式(1)中，Noise_final為求平均后的噪聲，Noise_detector為單個(gè)傳感器單元的響應(yīng)時(shí)間穩(wěn)定性所造成的誤差，或者讀出電路的單個(gè)讀出通道(每個(gè)讀出通道對(duì)應(yīng)一個(gè)傳感器單元)的時(shí)間測量誤差。

假設(shè)單個(gè)傳感器單元(每個(gè)傳感器單元是一個(gè)光電傳感器)的響應(yīng)時(shí)間穩(wěn)定性造成的誤差為50ps，并且假設(shè)光電傳感器陣列包括25個(gè)傳感器單元，則根據(jù)式(1)，對(duì)25個(gè)讀出通道輸出的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行平均之后，高能光子的到達(dá)時(shí)間的測量誤差降低到10ps。也就是說，由于本發(fā)明實(shí)施例中采用求平均方式確定高能光子的到達(dá)時(shí)間，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例提供的方法200對(duì)高能光子的到達(dá)時(shí)間的測量誤差大大減小。

由上可知，本發(fā)明通過使用多個(gè)傳感器單元對(duì)同一高能光子發(fā)生事件進(jìn)行檢測(相當(dāng)于多次并行測量)，來減少光電傳感器的響應(yīng)時(shí)間穩(wěn)定性對(duì)時(shí)間測量的影響。本發(fā)明實(shí)施例提供的用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法(及下文所述的用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的裝置)的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)時(shí)間測量精度有可能達(dá)到10ps甚至更高。在10ps內(nèi)光子的飛行距離只有3毫米。因此，10ps的時(shí)間測量精度意味著可以對(duì)正電子(湮滅成一對(duì)方向相反的伽瑪光子)的湮滅位置進(jìn)行直接定位成像，而不需要通過圖像重建算法來進(jìn)行圖像重建。因此，與傳統(tǒng)的500ps時(shí)間分辨率的正電子發(fā)射成像系統(tǒng)相比，10ps時(shí)間分辨率的正電子發(fā)射成像系統(tǒng)的靈敏度和圖像信噪比可以提高7倍。這將在正電子發(fā)射成像系統(tǒng)的臨床應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的深遠(yuǎn)影響。

(2)對(duì)光電傳感器的減少響應(yīng)時(shí)間穩(wěn)定性影響的要求，以及對(duì)讀出電路的時(shí)間測量精度的要求都可以大幅度降低，這有利于降低檢測器系統(tǒng)的成本。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，步驟S220可以包括：選擇至少部分傳感器單元；以及對(duì)于至少部分傳感器單元中的每一個(gè)，對(duì)與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行修正，以獲得與該傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間。

如上文所述，至少部分傳感器單元可以包括上述光電傳感器陣列120中的一部分傳感器單元或者所有傳感器單元。示例性地，可以根據(jù)需要從光電傳感器陣列120的所有傳感器單元中選擇一部分傳感器單元作為所述至少部分傳感器單元。示例性地，可以直接將光電傳感器陣列中的所有傳感器單元作為所述至少部分傳感器單元。

在確定參與平均的至少部分傳感器單元之后，可以對(duì)與至少部分傳感器單元中的每一個(gè)所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行修正。由于在時(shí)間測量過程中，存在一些誤差，例如讀出電路130所采用的觸發(fā)電平造成的誤差等，可以首先對(duì)這些誤差進(jìn)行修正，將經(jīng)過修正的到達(dá)時(shí)間作為待平均時(shí)間參與后續(xù)的平均。

對(duì)與可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行修正可以提高通過求平均獲得的高能光子的到達(dá)時(shí)間的準(zhǔn)確度，也就是可以進(jìn)一步提高方法200的時(shí)間測量精度。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在對(duì)于至少部分傳感器單元中的每一個(gè)，對(duì)與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行修正，以獲得與該傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間之前，方法200可以進(jìn)一步包括：獲取與光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量；對(duì)于至少部分傳感器單元中的每一個(gè)，對(duì)與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行修正，以獲得與該傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間可以包括：對(duì)于至少部分傳感器單元中的每一個(gè)，至少根據(jù)與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量對(duì)與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行修正，以獲得與該傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法300的流程示意圖。圖3所示的方法300的步驟S310和S350分別與圖2所示的方法200的步驟S210和S230相對(duì)應(yīng)，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過以上關(guān)于圖2的描述可以理解步驟S310和S350的實(shí)施方式，不再贅述。根據(jù)本實(shí)施例，圖2所示的步驟S220可以具體包括圖3所示的步驟S330和S340，并且在步驟S340之前，方法300可以進(jìn)一步包括步驟S320。

具體地，在步驟S320，獲取與光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量。

讀出電路130在接收到每個(gè)傳感器單元輸出的電信號(hào)之后，可以根據(jù)電信號(hào)的大小(或稱為強(qiáng)度或幅度)確定與傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量。因此，如上文所述，讀出電路130除了可以輸出與每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間之外，還可以輸出與每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量。數(shù)據(jù)處理模塊140可以接收可見光子的能量。

在步驟S330，選擇至少部分傳感器單元。根據(jù)上文描述可以理解該步驟，在此不再贅述。

在步驟S340，對(duì)于至少部分傳感器單元中的每一個(gè)，至少根據(jù)與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量對(duì)與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行修正，以獲得與該傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間。

由于在讀出電路130測量與可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間時(shí)，典型地將其接收到的電信號(hào)超出閾值的時(shí)刻視為可見光子的到達(dá)時(shí)間。然而，高能光子在產(chǎn)生大量可見光子時(shí)，可見光子與不同傳感器單元的距離不同，這樣測量獲得的與可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間將差異較大，也就是誤差較大。由于可見光子的能量大小與電信號(hào)的大小一致，因此，可以根據(jù)與可見光子相關(guān)的能量來修正與可見光子相關(guān)的時(shí)間。

應(yīng)當(dāng)理解，圖3所示的方法300的各步驟的執(zhí)行順序僅是示例而非限制，方法300可以具有其他合適的執(zhí)行順序。例如，圖3所示的方法300的步驟S320可以在步驟S330之后執(zhí)行，或者二者同時(shí)執(zhí)行。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，步驟S340可以包括：根據(jù)與光電傳感器陣列中的所有傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量計(jì)算高能光子在閃爍晶體中的目標(biāo)反應(yīng)位置；對(duì)于至少部分傳感器單元中的每一個(gè)，根據(jù)與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量對(duì)與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行修正，以獲得與該傳感器單元對(duì)應(yīng)的修正時(shí)間；對(duì)于至少部分傳感器單元中的每一個(gè)，根據(jù)目標(biāo)反應(yīng)位置對(duì)與該傳感器單元對(duì)應(yīng)的修正時(shí)間進(jìn)行修正，以獲得與該傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法400的流程示意圖。圖4所示的方法400的步驟S410-S430和S470分別與圖3所示的方法300的步驟S310-S330和S350相對(duì)應(yīng)，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過以上關(guān)于圖3的描述可以理解步驟S410-S430和S470的實(shí)施方式，不再贅述。根據(jù)本實(shí)施例，圖3所示的步驟S340可以具體包括圖4所示的步驟S440-S460。

在步驟S440，根據(jù)與光電傳感器陣列中的所有傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量計(jì)算高能光子在閃爍晶體中的目標(biāo)反應(yīng)位置。

高能光子(例如伽瑪光子)在閃爍晶體中的速度接近真空光速c，而高能光子和閃爍晶體發(fā)生反應(yīng)后，產(chǎn)生的可見光子的速度為：v＝c/n_r。n_r為可見光子在閃爍晶體中的折射率。例如，在LSO晶體中，420nm波長的可見光子的折射率為1.8左右，速度為真空光速的0.56倍。因此，為了獲得準(zhǔn)確的時(shí)間測量結(jié)果，有必要對(duì)由高能光子和可見光子在閃爍晶體中的速度差異而造成的測量誤差進(jìn)行補(bǔ)償。為了補(bǔ)償速度差異造成的誤差，需要知道可見光子在閃爍晶體中的傳輸距離，其等于高能光子的目標(biāo)反應(yīng)位置到檢測到可見光子的傳感器單元的距離。因此，可以首先確定高能光子的目標(biāo)反應(yīng)位置。

高能光子的目標(biāo)反應(yīng)位置可以通過利用基于光電傳感器陣列120輸出的電信號(hào)測量獲得的能量信息來計(jì)算。下面結(jié)合圖5描述目標(biāo)反應(yīng)位置的計(jì)算方法。圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于九個(gè)不同反應(yīng)位置對(duì)光電傳感器陣列所檢測到的可見光子的能量分布進(jìn)行仿真的仿真結(jié)果。圖5左下角示出仿真使用的xyz坐標(biāo)系。

在圖5所示的實(shí)施例中，參與仿真的檢測器系統(tǒng)的參數(shù)如下：閃爍晶體為LSO晶體，其大小為60毫米×60毫米×20毫米；光電傳感器陣列的大小為10×10，單個(gè)傳感器單元的大小為6毫米×6毫米。

圖5示出基于九個(gè)不同反應(yīng)位置的仿真結(jié)果，每個(gè)仿真結(jié)果可以稱為一個(gè)能量分布圖。每個(gè)能量分布圖中的x軸和y軸上的數(shù)值分別是10×10光電傳感器陣列的橫向和縱向編號(hào)，z軸表示從10×10光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元讀出的電信號(hào)的大小，其單位為光子數(shù)目。應(yīng)當(dāng)理解，傳感器單元輸出的電信號(hào)的大小和與傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量的大小是對(duì)應(yīng)的。

在圖5所示的9個(gè)能量分布圖中，按照從左上角到右下角的順序，伽瑪光子在閃爍晶體中的反應(yīng)位置的深度分別設(shè)定為2毫米、4毫米、6毫米、…18毫米。此外，對(duì)于每個(gè)能量分布圖來說，伽瑪光子都是從接近閃爍晶體的中心軸的位置處入射。由圖5可見，伽瑪光子在閃爍晶體中的反應(yīng)位置不同，10×10光電傳感器陣列測量得到的可見光子的能量分布(或稱光分布)也不同。

具體地，可以參見左上角第一個(gè)能量分布圖，伽瑪光子的反應(yīng)位置的深度為2毫米，由于距離下方的光電傳感器陣列比較遠(yuǎn)，所以產(chǎn)生的可見光子比較分散，檢測到可見光子的傳感器單元較多。參見右下角最后一個(gè)能量分布圖，伽瑪光子的反應(yīng)位置的深度為18毫米，由于距離下方的光電傳感器陣列比較近，所以產(chǎn)生的可見光子比較集中，檢測到可見光子的傳感器單元較少。另外，圖5所示的能量分布圖均為在伽瑪光子從接近閃爍晶體的中心軸的位置處入射的情況下仿真獲得的，應(yīng)當(dāng)理解，如果伽瑪光子的入射位置在xy平面上移動(dòng)，則在能量分布圖中，可見光子的能量集中區(qū)域也會(huì)跟隨入射位置的移動(dòng)方向變化。因此，通過可見光子的能量分布，可以反推出伽瑪光子在閃爍晶體中的反應(yīng)位置，稱為位置計(jì)算。位置計(jì)算的方法可以是任何現(xiàn)有的或?qū)砜赡軐?shí)現(xiàn)的位置計(jì)算方法，例如重心法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、解析法等方法，本發(fā)明不對(duì)此進(jìn)行限制。

在步驟S450，對(duì)于至少部分傳感器單元中的每一個(gè)，根據(jù)與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量對(duì)與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行修正，以獲得與該傳感器單元對(duì)應(yīng)的修正時(shí)間。

根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，讀出電路130可以采用恒壓觸發(fā)方式測量與可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間。

在檢測器系統(tǒng)中，讀出電路的時(shí)間測量電路可以典型地采用兩種觸發(fā)方式，一種為恒比觸發(fā)方式，其觸發(fā)電平固定在輸入信號(hào)(即傳感器單元輸出的電信號(hào))的幅度的一定比例(例如10％)上；另一種為恒壓觸發(fā)方式，其觸發(fā)電平固定在一個(gè)預(yù)設(shè)的電壓上。

恒比觸發(fā)方式有兩個(gè)缺點(diǎn)：(a)電路較為復(fù)雜；(b)比較難以實(shí)現(xiàn)把觸發(fā)電平比例設(shè)得很低。由于高時(shí)間分辨率的檢測器系統(tǒng)，一般要求觸發(fā)發(fā)生在可見光子群中最早到達(dá)光電傳感器的前幾個(gè)光子的水平，即要求觸發(fā)電平足夠低。因此，恒比觸發(fā)方式不太適合用于超高時(shí)間分辨率的檢測器系統(tǒng)。

與恒比觸發(fā)方式相比，恒壓觸發(fā)方式由于觸發(fā)電平是固定的，因此其所需的電路結(jié)構(gòu)較為簡單，電路成本低。因此，可以采用恒壓觸發(fā)方式來實(shí)現(xiàn)可見光子的時(shí)間測量。

恒壓觸發(fā)方式的缺點(diǎn)主要在于觸發(fā)的時(shí)間和輸入信號(hào)的大小有關(guān)聯(lián)。圖6示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的傳感器單元輸出的兩種不同大小的電信號(hào)的波形及與這兩種電信號(hào)分別對(duì)應(yīng)的觸發(fā)時(shí)間的示意圖。

如圖6所示，電信號(hào)W2的幅值比電信號(hào)W1小大約20％。在恒壓觸發(fā)情況下，電信號(hào)W2的實(shí)際觸發(fā)時(shí)間比電信號(hào)W1晚45ps。因此，有必要對(duì)通過恒壓觸發(fā)方式獲得的時(shí)間測量結(jié)果進(jìn)行修正(即校準(zhǔn))，使得時(shí)間測量結(jié)果和輸入信號(hào)的大小無關(guān)。

示例性地，與可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間的修正方式可以包括多項(xiàng)式修正，例如可以采用線性修正。線性修正的公式如下：

T_A,k＝T_m,k+αE_m,k (2)

在式(2)中，T_A,k為與至少部分傳感器單元中的第k個(gè)傳感器單元對(duì)應(yīng)的修正時(shí)間，T_m,k和E_m,k分別為與第k個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間和能量，α為修正系數(shù)。

可以將步驟S450中的修正過程稱為觸發(fā)電平修正，觸發(fā)電平修正的目的是通過與每個(gè)傳感器單元對(duì)應(yīng)的能量測量結(jié)果來修正與該傳感器單元對(duì)應(yīng)的時(shí)間測量結(jié)果。

在步驟S460，對(duì)于至少部分傳感器單元中的每一個(gè)，根據(jù)目標(biāo)反應(yīng)位置對(duì)與該傳感器單元對(duì)應(yīng)的修正時(shí)間進(jìn)行修正，以獲得與該傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間。

如上文所述，高能光子和可見光子在閃爍晶體中的速度存在差異，導(dǎo)致讀出電路130的時(shí)間測量結(jié)果存在誤差。為了獲得準(zhǔn)確的時(shí)間測量結(jié)果，有必要對(duì)由高能光子和可見光子在閃爍晶體中的速度差異而造成的測量誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

圖7示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的高能光子在閃爍晶體內(nèi)的目標(biāo)反應(yīng)位置與傳感器單元之間的距離關(guān)系的示意圖。

如圖7所示，假設(shè)通過位置計(jì)算得到的高能光子在閃爍晶體中的目標(biāo)反應(yīng)位置的深度為h，該目標(biāo)反應(yīng)位置到光電傳感器陣列中的某一傳感器單元的中心位置的距離為d。例如，在圖7中目標(biāo)反應(yīng)位置到光電傳感器陣列中第四行第一列傳感器單元的距離為d_4,1，目標(biāo)反應(yīng)位置到光電傳感器陣列中第二行第四列傳感器單元的距離為d_2,4?？梢允褂孟率竭M(jìn)行光速修正：

在式(3)中，T_B,k為與第k個(gè)傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間，n_r為可見光子在閃爍晶體中的折射率，c為真空光速，d_k為目標(biāo)反應(yīng)位置到第k個(gè)傳感器單元的中心位置的距離，h為目標(biāo)反應(yīng)位置的深度。

可以將式(2)代入式(3)，得到：

可以將步驟S460中的修正過程稱為光速修正。可以使用式(4)同時(shí)進(jìn)行觸發(fā)電平修正和光速修正。

經(jīng)過上述觸發(fā)電平修正和光速修正，與可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間的準(zhǔn)確度提高，可以使得最后計(jì)算獲得的高能光子的到達(dá)時(shí)間也大大提高。

需要指出的是，式(3)和(4)是在假定正電子湮滅后產(chǎn)生的一對(duì)伽瑪光子垂直入射到連續(xù)晶體中(如圖8所示)的情況下獲得的。圖8示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的高能光子及與其相符合的高能光子入射到各自對(duì)應(yīng)的閃爍晶體的示意圖。

事實(shí)上，圖8所示的情況只是一種特例。更多的情況下，連續(xù)晶體檢測器是按照一定幾何配置排列的，例如如圖9所示的那樣沿著圓排列成圓環(huán)。圖9示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的高能光子及與其相符合的高能光子入射到各自對(duì)應(yīng)的閃爍晶體的示意圖。假設(shè)圖9所示的位置A為需要測量到達(dá)時(shí)間的高能光子a的目標(biāo)反應(yīng)位置，位置B為與高能光子a相符合的高能光子b的反應(yīng)位置，即本文所述的對(duì)側(cè)反應(yīng)位置。在圖9所示的情況下，可以在計(jì)算得到方向相反的兩個(gè)伽瑪光子a和b分別在各自對(duì)應(yīng)的閃爍晶體中的反應(yīng)位置A和B之后，連接目標(biāo)反應(yīng)位置A和對(duì)側(cè)反應(yīng)位置B，以得到正電子湮滅的響應(yīng)線AB。隨后，可以延長響應(yīng)線AB直到到達(dá)用于檢測高能光子a的檢測器系統(tǒng)的傳感器陣列，延長線的長度(例如圖9中的從位置A延長到傳感器陣列的延長部分的長度)可以記為l_A。在這種情況下，式(3)可以修改為：

其中，T_B,k為與至少部分傳感器單元中的第k個(gè)傳感器單元相關(guān)的待平均時(shí)間，n_r為可見光子在閃爍晶體中的折射率，c為真空光速，d_k為目標(biāo)反應(yīng)位置到第k個(gè)傳感器單元的中心位置的距離，l為沿著與高能光子相符合的高能光子在布置于閃爍晶體對(duì)側(cè)的閃爍晶體中的對(duì)側(cè)反應(yīng)位置與目標(biāo)反應(yīng)位置之間的連線、從目標(biāo)反應(yīng)位置開始延長直到到達(dá)光電傳感器陣列的延長線的長度?？梢岳斫?，式(5)中的l表示上述l_A。

可以將式(2)代入式(5)，得到：

與式(3)和式(4)相比，式(5)和式(6)的應(yīng)用更廣泛。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要選擇合適的公式來進(jìn)行光速修正，當(dāng)然，也可以通過組合這兩種方式來進(jìn)行光速修正。

應(yīng)當(dāng)理解，圖4所示的方法400中的各步驟的執(zhí)行順序僅是示例而非限制，方法400可以具有其他合適的執(zhí)行順序。例如，步驟S440可以在步驟S430之前或與其同時(shí)執(zhí)行，步驟S440也可以在步驟S450之后或與其同時(shí)執(zhí)行。

雖然圖4所示的方法400中實(shí)施了觸發(fā)電平修正和光速修正，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，這兩種修正方法可以擇一實(shí)現(xiàn)。示例性地，可以僅對(duì)與至少部分傳感器單元所檢測的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行觸發(fā)電平修正，經(jīng)過觸發(fā)電平修正所獲得的到達(dá)時(shí)間即為待平均時(shí)間，用于參與隨后的求平均操作。示例性地，可以僅對(duì)與至少部分傳感器單元所檢測的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行光速修正，經(jīng)過光速修正所獲得的到達(dá)時(shí)間即為待平均時(shí)間，用于參與隨后的求平均操作。當(dāng)然，還可以單獨(dú)地或以組合方式采用其他合適的修正方式來對(duì)與可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行修正，其均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，步驟S230(S350或S470)可以通過以下公式實(shí)現(xiàn)：

在式(7)中，T_final為高能光子的到達(dá)時(shí)間，T_B,k為與至少部分傳感器單元中的第k個(gè)傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間，n為至少部分傳感器單元的數(shù)目。

假設(shè)參與平均的至少部分傳感器單元為光電傳感器陣列中的所有傳感器單元，光電傳感器陣列是M×N的陣列，則式(7)可以表示為：

式(7)和式(8)表示的是通過算術(shù)平均法對(duì)待平均時(shí)間求平均的實(shí)現(xiàn)方式，這種方法比較簡單，計(jì)算量小。

根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，步驟S230(S350或S470)可以通過以下公式實(shí)現(xiàn)：

在式(9)中，T_final為高能光子的到達(dá)時(shí)間，T_B,k為與至少部分傳感器單元中的第k個(gè)傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間，C_k為與第k個(gè)傳感器單元相關(guān)的權(quán)重系數(shù)，n為至少部分傳感器單元的數(shù)目。

假設(shè)參與平均的至少部分傳感器單元為光電傳感器陣列中的所有傳感器單元，光電傳感器陣列是M×N的陣列，則式(9)可以表示為：

式(9)和式(10)表示的是通過加權(quán)平均法對(duì)待平均時(shí)間求平均的實(shí)現(xiàn)方式。與算術(shù)平均方法相比，加權(quán)平均方法更復(fù)雜，所計(jì)算出的高能光子的到達(dá)時(shí)間更準(zhǔn)確。

示例性地，在用加權(quán)平均方法計(jì)算高能光子的到達(dá)時(shí)間時(shí)，與每個(gè)傳感器單元相關(guān)的權(quán)重系數(shù)C_k可以是與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量E_k或者與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量E_k的函數(shù)。

例如，式(10)可以表示為：

示例性地，在用加權(quán)平均方法計(jì)算高能光子的到達(dá)時(shí)間時(shí)，與每個(gè)傳感器單元相關(guān)的權(quán)重系數(shù)C_k可以是與能量無關(guān)的理論值或經(jīng)驗(yàn)值。例如，可以在初始將與光電傳感器陣列中的所有傳感器單元分別相關(guān)的權(quán)重系數(shù)設(shè)置為相同的值，隨后可以通過實(shí)驗(yàn)等方式對(duì)與每個(gè)傳感器單元相關(guān)的權(quán)重系數(shù)進(jìn)行更新，最終可以獲得與每個(gè)傳感器單元相關(guān)的合適的權(quán)重系數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在選擇至少部分傳感器單元之前，上述方法200可以進(jìn)一步包括：獲取與光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量；選擇至少部分傳感器單元可以包括：從光電傳感器陣列中的所有傳感器單元中選擇與其所檢測到的可見光子相關(guān)的能量大于預(yù)設(shè)能量的傳感器單元作為至少部分傳感器單元。

本實(shí)施例中的能量獲取步驟可以參考圖3所示的方法300的步驟S320或圖4所示的方法400的步驟S420，在此不再贅述?？梢灾粚?duì)光電傳感器陣列中，能量大于一定預(yù)設(shè)值的傳感器單元的待平均時(shí)間求算術(shù)平均值(參考式(7))或者加權(quán)平均值(參考式(9))。由于可見光子在閃爍晶體中傳播時(shí)，可能直射到傳感器單元上，也可能經(jīng)過一次或多次反射之后才到達(dá)傳感器單元。經(jīng)過反射之后到達(dá)傳感器單元的可見光子的到達(dá)時(shí)間誤差較大，無法正確反映高能光子的到達(dá)時(shí)間，因此可以將這樣的可見光子的到達(dá)時(shí)間過濾掉，使其不參與后續(xù)的求平均操作。這樣處理可以減少由于某些傳感器單元所檢測到的未從伽瑪光子的反應(yīng)位置直射到達(dá)該傳感器單元的可見光子所帶來的時(shí)間測量誤差。

雖然本文結(jié)合圖1描述了本發(fā)明提供的用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法(及裝置)所適用的檢測器系統(tǒng)的構(gòu)造，然而，其僅是示例而非對(duì)本發(fā)明的限制。例如，本發(fā)明提供的用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法(及裝置)還可以適用于基于圖1所示的檢測器系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)所獲得的檢測器系統(tǒng)。下面描述基于圖1所示的檢測器系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)所獲得的檢測器系統(tǒng)的一些示例。

在將本發(fā)明提供的用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法(及裝置)應(yīng)用于圖1所示的檢測器系統(tǒng)的情況下，當(dāng)高能光子(例如伽瑪光子)在連續(xù)晶體110中的反應(yīng)位置距離光電傳感器陣列120很近時(shí)，可見光子將過于集中在光電傳感器陣列120中的某幾個(gè)傳感器單元上?？梢姽庾拥倪^于集中會(huì)導(dǎo)致在式(7)至(11)的運(yùn)算過程中實(shí)際參與平均的傳感器單元的數(shù)目減少，從而降低時(shí)間測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。

因此，為了提高用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法(及裝置)的時(shí)間測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，可以對(duì)圖1所示的檢測器系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。本發(fā)明提供的用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法(及裝置)適用于這類改進(jìn)的檢測器系統(tǒng)，方法的流程(及裝置的相應(yīng)功能模塊)基本不變，不過所涉及的某些數(shù)據(jù)的計(jì)算方式可能需要發(fā)生一些改變。

在一個(gè)示例中，可以在連續(xù)晶體110與光電傳感器陣列120中間插入光導(dǎo)，使得可見光子能夠更均勻地分布在光電傳感器陣列120上。光導(dǎo)的厚度可以通過實(shí)驗(yàn)或者仿真的方法來確定。對(duì)于這樣的檢測器系統(tǒng)來說，在將用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法(及裝置)應(yīng)用于該檢測器系統(tǒng)時(shí)，需要將光導(dǎo)的影響考慮進(jìn)去。在上文結(jié)合圖1所示的檢測器系統(tǒng)描述本發(fā)明提供的方法時(shí)，假定連續(xù)晶體110與光電傳感器陣列120是直接耦合的，二者之間不存在空隙。在連續(xù)晶體110與光電傳感器陣列120中間插入光導(dǎo)的話，由于光導(dǎo)存在一定厚度，其對(duì)可見光子的傳播發(fā)生影響，因此上文所述的高能光子的目標(biāo)反應(yīng)位置的計(jì)算方式需要改變。在插入光導(dǎo)的情況下的目標(biāo)反應(yīng)位置的計(jì)算可以采用本領(lǐng)域常規(guī)算法實(shí)現(xiàn)，本文不做贅述。此外，式(3)至(6)也需要做出相應(yīng)改變，需要將可見光子在光導(dǎo)中的傳播時(shí)間考慮進(jìn)去。

在另一示例中，可以在連續(xù)晶體110的多個(gè)面上耦合光電傳感器陣列。例如，可以在連續(xù)晶體的兩個(gè)相對(duì)的面上耦合光電傳感器陣列。再例如，可以在連續(xù)晶體的所有六個(gè)面上都耦合光電傳感器陣列。圖10示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的改進(jìn)的基于連續(xù)晶體的檢測器系統(tǒng)的示意圖。如圖10所示，連續(xù)晶體的兩個(gè)相對(duì)的面(示例性地定義為上底面和下底面)均與光電傳感器陣列耦合。對(duì)于在連續(xù)晶體的多個(gè)面上耦合光電傳感器陣列的情況，可以利用讀出電路測量與連續(xù)晶體的多個(gè)面耦合的所有光電傳感器陣列所檢測到的可見光子的到達(dá)時(shí)間，并將與連續(xù)晶體的多個(gè)面耦合的所有光電傳感器陣列所檢測到的可見光子的到達(dá)時(shí)間輸出到數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)現(xiàn)用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法。也就是說，與連續(xù)晶體的多個(gè)面耦合的所有光電傳感器陣列中的全部或至少部分傳感器單元參與高能光子的到達(dá)時(shí)間的運(yùn)算。

對(duì)于在連續(xù)晶體的多個(gè)面上耦合光電傳感器陣列的情況，在針對(duì)與不同的面耦合的光電傳感器陣列進(jìn)行光速修正時(shí)，目標(biāo)反應(yīng)位置的深度h(參見式(3)和(4))是不同的，同理，延長線的長度l(參見式(5)和(6))也是不同的。以圖10所示的檢測器系統(tǒng)為例，對(duì)于與連續(xù)晶體的上底面耦合的光電傳感器陣列來說，計(jì)算與該光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間T_B,k時(shí)，目標(biāo)反應(yīng)位置的深度h是伽瑪光子的目標(biāo)反應(yīng)位置與連續(xù)晶體的上底面之間的垂直距離；對(duì)于與連續(xù)晶體的下底面耦合的光電傳感器陣列來說，計(jì)算與該光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間T_B,k時(shí)，目標(biāo)反應(yīng)位置的深度h是伽瑪光子的目標(biāo)反應(yīng)位置與連續(xù)晶體的下底面之間的垂直距離。式(5)和式(6)中的l的情況與h類似，不再贅述。雖然上面以圖10所示的在連續(xù)晶體的兩個(gè)面上耦合光電傳感器陣列的檢測器系統(tǒng)作為示例進(jìn)行描述，然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員參考以上描述可以理解在連續(xù)晶體的其他數(shù)目的面上耦合光電傳感器陣列時(shí)h和l的計(jì)算方式，不再贅述?？傊瑢?duì)于在連續(xù)晶體的多個(gè)面上耦合光電傳感器陣列的情況，在針對(duì)每個(gè)傳感器單元進(jìn)行光速修正時(shí)，需要考慮該傳感器單元所屬的光電傳感器陣列相對(duì)于連續(xù)晶體的位置。根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供一種用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的裝置。圖11示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的裝置1100的示意性框圖。

如圖11所示，裝置1100包括時(shí)間獲取模塊1110、待平均時(shí)間獲得模塊1120和平均模塊1130。

時(shí)間獲取模塊1110用于獲取與光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元所檢測到的、高能光子與閃爍晶體發(fā)生反應(yīng)所產(chǎn)生的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間，其中，所述閃爍晶體是連續(xù)晶體，所述光電傳感器陣列包括與所述閃爍晶體耦合的多個(gè)傳感器單元。

待平均時(shí)間獲得模塊1120用于至少基于與所述光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間，獲得與所述光電傳感器陣列中的選定的至少部分傳感器單元中的每一個(gè)分別對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間。

平均模塊1130用于對(duì)與所述至少部分傳感器單元中的每一個(gè)分別對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間求平均，以獲得所述高能光子的到達(dá)時(shí)間。

示例性地，待平均時(shí)間獲得模塊1120可以包括：傳感器選擇子模塊，用于選擇至少部分傳感器單元；以及修正子模塊，用于對(duì)于至少部分傳感器單元中的每一個(gè)，對(duì)與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行修正，以獲得與該傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間。

示例性地，裝置1100可以進(jìn)一步包括：能量獲取模塊，用于獲取與光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量；修正子模塊可以包括：修正單元，用于對(duì)于至少部分傳感器單元中的每一個(gè)，至少根據(jù)與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量對(duì)與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行修正，以獲得與該傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間。

示例性地，修正單元可以包括：位置計(jì)算子單元，用于根據(jù)與光電傳感器陣列中的所有傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量計(jì)算高能光子在閃爍晶體中的目標(biāo)反應(yīng)位置；第一修正子單元，用于對(duì)于至少部分傳感器單元中的每一個(gè)，根據(jù)與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量對(duì)與該傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行修正，以獲得與該傳感器單元對(duì)應(yīng)的修正時(shí)間；第二修正子單元，用于對(duì)于至少部分傳感器單元中的每一個(gè)，根據(jù)目標(biāo)反應(yīng)位置對(duì)與該傳感器單元對(duì)應(yīng)的修正時(shí)間進(jìn)行修正，以獲得與該傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間。

示例性地，第一修正子單元可以包括第一修正組件，用于通過以下公式對(duì)與至少部分傳感器單元中的每一個(gè)所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行修正：

T_A,k＝T_m,k+αE_m,k，

其中，T_A,k為與至少部分傳感器單元中的第k個(gè)傳感器單元對(duì)應(yīng)的修正時(shí)間，T_m,k和E_m,k分別為與第k個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間和能量，α為修正系數(shù)。

示例性地，第二修正子單元可以包括第二修正組件，用于通過以下公式對(duì)與至少部分傳感器單元中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)的修正時(shí)間進(jìn)行修正：

其中，T_B,k為與第k個(gè)傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間，n_r為可見光子在閃爍晶體中的折射率，c為真空光速，d_k為目標(biāo)反應(yīng)位置到第k個(gè)傳感器單元的中心位置的距離，h為目標(biāo)反應(yīng)位置的深度。

示例性地，第二修正子單元可以包括第三修正組件，用于通過以下公式對(duì)與至少部分傳感器單元中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)的修正時(shí)間進(jìn)行修正：

其中，T_B,k為與第k個(gè)傳感器單元相關(guān)的待平均時(shí)間，n_r為可見光子在閃爍晶體中的折射率，c為真空光速，d_k為目標(biāo)反應(yīng)位置到第k個(gè)傳感器單元的中心位置的距離，l為沿著與高能光子相符合的高能光子在布置于閃爍晶體對(duì)側(cè)的閃爍晶體中的對(duì)側(cè)反應(yīng)位置與目標(biāo)反應(yīng)位置之間的連線、從目標(biāo)反應(yīng)位置開始延長直到到達(dá)光電傳感器陣列的延長線的長度。

示例性地，平均模塊1130可以包括平均子模塊，用于通過以下公式對(duì)與至少部分傳感器單元中的每一個(gè)分別對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間求平均：

其中，T_final為高能光子的到達(dá)時(shí)間，T_B,k為與至少部分傳感器單元中的第k個(gè)傳感器單元對(duì)應(yīng)的待平均時(shí)間，C_k為與第k個(gè)傳感器單元相關(guān)的權(quán)重系數(shù)，n為至少部分傳感器單元的數(shù)目。

示例性地，C_k為與第k個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量或者為與第k個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量的函數(shù)。

示例性地，C_k為與第k個(gè)傳感器單元相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)值。

示例性地，裝置1100可以進(jìn)一步包括：能量獲取模塊，用于獲取與光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的能量；傳感器選擇子模塊可以包括：選擇單元，用于從光電傳感器陣列中的所有傳感器單元中選擇與其所檢測到的可見光子相關(guān)的能量大于預(yù)設(shè)能量的傳感器單元作為至少部分傳感器單元。

本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)以上關(guān)于用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的方法的描述以及附圖1至10，能夠理解本文所公開的用于測量高能光子到達(dá)時(shí)間的裝置1100的實(shí)施方式及其優(yōu)點(diǎn)等，為了簡潔，本文不對(duì)此進(jìn)行贅述。

在本文的描述中，“與可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間”可以替換為“可見光子的到達(dá)時(shí)間”，二者表示相同的含義。類似地，“與可見光子相關(guān)的能量”可以替換為“可見光子的能量”，二者表示相同的含義。在“可見光子”前面具有定語的情況下，同樣可以按照類似方式獲得替代表達(dá)。例如，“與光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子相關(guān)的到達(dá)時(shí)間”可以替換為“光電傳感器陣列中的每個(gè)傳感器單元所檢測到的可見光子的到達(dá)時(shí)間”。

本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、或者計(jì)算機(jī)軟件和電子硬件的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用來使用不同方法來實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。

在本申請(qǐng)所提供的幾個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的裝置和方法，可以通過其它的方式實(shí)現(xiàn)。例如，以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)可以有另外的劃分方式，例如多個(gè)單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個(gè)設(shè)備，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。