[發(fā)明專利]一種新型的γ探測器讀出模塊

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810010907.4
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN107907903A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈激;劉偉鵬;華仁軍
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥吾法自然智能科技有限公司
• 主分類號: G01T1/208
• 分類號: G01T1/208;G01T1/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于γ探測器領(lǐng)域，具體為一種新型的γ探測器讀出模塊

技術(shù)背景

最近幾年半導(dǎo)體光電器件的快速發(fā)展，硅光電倍增管SiPM(Silicon Photomultipliers)的發(fā)展讓困擾anger相機的分辨率瓶頸存在被解決的可能。SiPM在不低于PMT的放大倍數(shù)的前提下，可以將熒光探測效率提高到80％左右，并且其緊湊的結(jié)構(gòu)可以使其空間分辨率低到幾十個微米量級，因此我們通過使用SiPM替代PMT，并且改進(jìn)接收結(jié)構(gòu)，可以將γ探測器的空間分辨率降到毫米以下。

在我公司申請?zhí)枮?01721588116.7的專利中，我們嘗試提出一種如圖1所示的結(jié)構(gòu)，使用二維光纖將γ光子在閃爍體中的閃爍信號讀出。其中γ光子經(jīng)過準(zhǔn)直器1后，在閃爍體4中發(fā)生閃爍，產(chǎn)生熒光光子，分別通過光導(dǎo)層3和7后，再進(jìn)入X軸光纖2和Y軸光纖5中，最后分別被光纖后端連接的線陣列SiPM(圖略)轉(zhuǎn)換為電信號并放大，然后送入讀出電子學(xué)進(jìn)行讀出。這種結(jié)構(gòu)主要為了進(jìn)一步提高γ光子探測器的空間分辨率，而在有些場合，并不需要達(dá)到這么高的分辨率，降低成本就成為一項更重要的選擇，比如在PET探測器中。由于正電子在人體內(nèi)的射程，PET探測器的空間分辨率極限在2mm左右，所以這種探測器結(jié)構(gòu)的分辨能力對于PET有一定的浪費。

發(fā)明內(nèi)容

解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種新型的γ探測器讀出模塊，包括表面附著有光導(dǎo)層的閃爍體，還包括一維光纖層、兩個線陣列SiPM及高時間分辨的兩個專用集成電路ASIC；

一維光纖層附著在有光導(dǎo)層的閃爍體表面，光纖層兩端一一對應(yīng)耦合兩個線陣列SiPM，兩個線陣列SiPM一一對應(yīng)連接兩個專用集成電路ASIC；

通過兩個專用集成電路ASIC重心讀出，得到閃爍事件的一個維度位置信號；同時，通過兩個專用集成電路ASIC時間分辨計算出另一個維度位置信號。

進(jìn)一步的，所述的通過兩個專用集成電路ASIC得出兩個維度位置信號的方式為，

γ光子入射到閃爍體，在射入位置形成閃爍中心，并產(chǎn)生熒光光子，熒光光子在傳播過程中，形成以閃爍中心為重心的對稱強度分布；

在上述背景下，熒光光子射出閃爍體，經(jīng)過光導(dǎo)層進(jìn)入一維光纖，然后分別進(jìn)入一維光纖兩端的兩個線陣列SiPM，經(jīng)過兩個專用集成電路ASIC重心讀出發(fā)生閃爍事件的一個維度位置信號；同時，由于發(fā)生閃爍的位置不同，兩端的線陣列SiPM分別接收到熒光光子的時間也會有差別，而兩端的專用集成電路ASIC可以分辯出這個時間差，通過時間差計算出發(fā)生閃爍事件的另一個維度位置信號。

進(jìn)一步的，所述的一維光纖層為X軸光纖層，其貼合在閃爍體表面，并相對閃爍體的中心線軸對稱；

以γ光子入射在閃爍體的位置為閃爍中心，γ光子在閃爍體中發(fā)生閃爍的Y軸坐標(biāo)可通過兩個專用集成電路ASIC重心讀出；

而γ光子在閃爍體中發(fā)生閃爍的X軸坐標(biāo)，通過兩個專用集成電路ASIC時間分辨的計算方式為，

假設(shè)閃爍體長度為L，γ光子入射閃爍體的點距離左端線陣列SiPM的距離為X，那么我們便可以根據(jù)γ光子在閃爍體中產(chǎn)生的熒光脈沖到達(dá)兩端線陣列SiPM的時間不同，來計算出閃爍事件發(fā)生的X軸坐標(biāo)；

假設(shè)熒光脈沖在X軸光纖層中傳播速度為V，那么到達(dá)X軸光纖層兩端的時間差為：

X＝L-0.5VΔt

所以采用時間分辨的方法讀出信號的時候，X軸坐標(biāo)分辨率為：

δt為ASIC的時間分辨率。

進(jìn)一步的，所述的X軸光纖層的光纖為BGO(鍺酸鉍)光纖，其折射率n達(dá)到2.15，ASIC分辨率δt為30ps；那么計算X軸時間分辨讀出信號的分辨率為：

光速c＝300mm/ns。

由技術(shù)方案上述可知，本發(fā)明取得的效果：在稍微犧牲一些空間分辨率的情況下，極大簡化γ探測器的結(jié)構(gòu)，降低γ探測器的造價。

本發(fā)明的另一種技術(shù)方案是，一種新型的γ探測器讀出模塊，其包括表面附著有光導(dǎo)層的閃爍體，還包括一維光纖層、兩個線陣列SiPM、兩個重心讀出電路；

一維光纖層附著在光導(dǎo)層表面，且兩端一一對應(yīng)耦合兩個線陣列SiPM，兩個線陣列SiPM一一對應(yīng)連接兩個重心讀出電路；

通過兩個重心讀出電路重心讀出，得到閃爍事件的一個維度位置信號；同時，通過兩個重心讀出電路信號幅度比，計算出另一個維度位置信號。

進(jìn)一步的，所述的通過兩個重心讀出電路得到兩個維度位置信號的方式為，