[发明专利]一种基于离散晶体的高能光子反应深度的定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及发射成像技术领域，具体地，涉及一种定位高能光子反应深度的方法。

背景技术

基于“闪烁晶体+光电传感器”的探测器技术是高能射线探测的常用方法，如图1所示。闪烁晶体用以阻击高能光子并转化为低能光子，光电传感器利用光电转换、信号倍增形成脉冲信号，通过二者的配合实现了对高能光子的探测，并进一步定位。目前，高能光子的定位主要由两种方法：基于离散晶体的高能光子定位技术和基于连续晶体的高能光子定位技术。基于离散晶体的高能光子定位技术中，闪烁晶体通常做成长条形并且排列成二维阵列形式，闪烁晶体之间用反光片隔开并阻止透光，利用光共享设置和Anger Logic方法(Anger重心法)得到映射解码图（或叫二维位形图、泛场直方图），实现了离散晶体阵列的二维位置解码；基于连续晶体的高能光子定位技术中，直接利用光电传感器探测的光信号分布规律，采用神经网络等方法计算定位高能光子反应的三维位置。由于连续晶体的定位受晶体均匀性、定位计算的算法的准确性和效率等因素的影响，并不成熟，目前几乎都采用离散晶体的高能光子定位方法。然而，目前的离散晶体的高能光子定位技术只能计算出二维位置，另外一个维度（即反应深度，Depth of Interaction，DOI）通常省略，并将其称为“反应深度效应”，作为降低图像质量的一个因素。随着发射成像技术向高图像空间分辨率的发展，“反应深度效应”的存在是高能光子探测与定位的一大缺陷，是造成探测系统三维空间分辨率下降的重要因素。目前克服“反应深度效应”均需要借助额外的设计方能得到部分DOI信息，图2a～2f显示了克服离散晶体“反应深度效应”的六种常用方法：

方法一：两层相同的闪烁晶体和光电传感器，如图2a所示。这种方法增加了电路系统的复杂度和探测木块组装的难度，增加了成本。

方法二：双层晶体材料，如图2b所示，用不同种类的闪烁晶体材料拼接成长条形晶体，第一种闪烁晶体和第二种闪烁晶体是两种不同材料的闪烁晶体。不同材料的闪烁晶体具有不同的能量谱和衰减时间，通过测定光电信号的能量和衰减时间来辨别高能光子在哪种闪烁晶体内发生反应。此种方法的缺点是两种闪烁晶体的组装增加了工艺的复杂度，并且在两种晶体材料之间增加了一层耦合面，会造成能量的损失。

方法三：采用双层晶体交错排列，如图2c所示，上下两层晶体存在空间位置的偏移。由于这种空间位置的交错，伽马光子在上下两层晶体中分别发生反应会在映射解码图中分别对应不同的位置，从而实现对高能光子反应深度的定位。这种方法的缺点是需要设计两层位置交错的闪烁晶体，加工工艺要求高，同时在两层晶体之间增加了一层耦合面，造成额外的能量损失。

方法四：单层晶体+双层光电传感器，如图2d所示，在闪烁晶体阵列的两端都设置光电传感器层。通过双端光电传感器探测到的能量比例，定位高能光子在闪烁晶体中的反应位置。此种方法的缺点是增加了一层光电传感器造成了探测器的成本增加，并增加了电路系统的复杂度。

方法五：荧光技术，如图2e所示，将长条形闪烁晶体的一端涂上荧光材料。荧光效应会改变长条晶体的光输出能量，通过光输出能量的改变量计算高能光子反应深度离荧光材料端的距离从而实现反应深度的定位。此种方法的缺点是需要对每个长条形闪烁晶体涂上荧光材料，增加了加工工艺的复杂度，增加了探测器的成本。

方法六：采用三维晶体阵列+光电传感器相间排布的方式，如图2f所示，层状结构的光电传感器具有厚度薄的特点，只有硅光电倍增管适合，传统的光电倍增管不适合此种结构。这种探测器结构具有三维定位准确的优点，随着硅光电倍增管技术的成熟，可能成为未来探测器的发展趋势。

由上述可见，目前能定位高能光子反应深度的技术都增加了探测器结构的复杂性，从而增加了探测器的成本，并且方法二和方法三因为增加了一个耦合面使得探测器损失了部分性能。

发明内容

由此，本发明的目的是提供一种基于离散晶体的高能光子反应深度的定位方法，该方法是在不增加额外探测器结构的情况下，利用离散晶体映射解码图中的反应深度信息，直接确定高能光子的反应深度。

本发明的技术方案如下：一种基于离散晶体的高能光子反应深度的定位方法，其特征在于所述方法包括下述步骤：