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一種基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試系統(tǒng)及測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試系統(tǒng)及測試方法。本發(fā)明的測試系統(tǒng)包括：光源、準(zhǔn)直器、光闌、濾光片、振鏡和計算機，振鏡包括兩個相對的反射鏡，通過計算機控制兩個反射鏡的角度，從而控制光束經(jīng)反射鏡的反射角，使得經(jīng)一個反射鏡的反射沿一個方向掃描，兩個反射鏡的掃描方向互相垂直，這樣兩個反射鏡的配合可以完成對PMT表面的二維掃描。本發(fā)明的光路中沒有連接線，搭建簡單，且易于校正位置；更換PMT簡易，可以實現(xiàn)大批量PMT的均勻性測試；振鏡的控制精度高，能夠確保光束在PMT上的精確位移，遍歷PMT表面的每個有效探測單元；通過選擇不同的濾光片型號，可以廣泛應(yīng)用于不同波長的PMT均勻性測試。
【專利說明】-種基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試系統(tǒng)及測試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備，尤其涉及一種基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試 系統(tǒng)及測試方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 光電倍增管PMT是一種光電轉(zhuǎn)換器件，它能將微弱的光信號轉(zhuǎn)換成易于收集和處 理的電信號。光電倍增管由光陰極（光電發(fā)射陰極）、聚焦電極、電子倍增極和陽極（電子 收集極）等組成。將閃爍體與光電倍增管結(jié)合起來形成閃爍探測器。閃爍探測器應(yīng)用于如 正電子發(fā)射斷層成像PET設(shè)備的核醫(yī)學(xué)設(shè)備中，伽馬γ射線打到閃爍體，產(chǎn)生閃爍光，經(jīng)光 學(xué)窗進(jìn)入光電倍增管，在光陰極上打出光電子；光電子經(jīng)聚集電極電場進(jìn)入電子倍增系統(tǒng)， 光電子被其吸引和加速，產(chǎn)生多個二次電子，經(jīng)過8?12個打拿極的連續(xù)倍增，使電子進(jìn)一 步加倍；二次電子簇流最后被陽極收集起來，形成電流脈沖，作為信號輸出。Y射線在閃爍 體上所激發(fā)的熒光會被全部的光電倍增管采集，通過電阻加權(quán)定位，光電倍增管給出位置 信號和能量信號，進(jìn)而重建得到物體中放射性核素的分布和重建圖像。由于Y射線在閃爍 體中產(chǎn)生可見光光子的數(shù)目、可見光子到達(dá)PMT光陰極的數(shù)目、光陰極釋放光電子的數(shù)目、 打拿極的倍增因子的隨機統(tǒng)計漲落、PMT光陰極各處靈敏度不均勻以及加在PMT的高壓波 動，這些都會造成閃爍體探測器輸出的脈沖幅度層次不齊，輸出信號的均勻性較差，影響圖 像的重建效果。因此，光電倍增管的均勻性是影響成像系統(tǒng)性能和成像質(zhì)量的一個重要環(huán) 節(jié)。
[0003] 目前用來測試光電倍增管的均勻性的方法主要有：（1)光源和PMT固定，將光信 號通過多根光纖耦合到一個光電倍增管上，通過整體的輸出信號來分析PMT的均勻性；（2) PMT固定，光源固定在二維平移臺，步進(jìn)電機驅(qū)動平移臺，光源隨之移動，照射到光電倍增管 的各個位置，記錄整個過程中PMT輸出的脈沖信號。但是，通過光纖耦合的測試方法，系統(tǒng) 搭建復(fù)雜，多根光纖的耦合過程有可能引入更多誤差，難以批量檢測PMT的均勻性；結(jié)合二 維平移臺的測試方法，在檢測有效區(qū)域較小的PMT時，光源位移的精度較低，難以保證準(zhǔn)確 照射在PMT的每個有效探測單元。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于振鏡的光電倍增管均勻性 的測試系統(tǒng)及測試方法，通過光學(xué)系統(tǒng)來測試光電倍增管的均勻性，將符合均勻性標(biāo)準(zhǔn)的 PMT應(yīng)用于核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備中，從而提高探測器均勻性和系統(tǒng)成像質(zhì)量。
[0005] 本發(fā)明的一個目的在于提供一種基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試系統(tǒng)包括：光源、準(zhǔn)直器、光闌、濾 光片、振鏡和計算機；其中，準(zhǔn)直器包括準(zhǔn)直孔和凸透鏡；光源發(fā)出發(fā)散的連續(xù)光；經(jīng)準(zhǔn)直 孔后由凸透鏡變成平行的連續(xù)光；經(jīng)光闌調(diào)整光束的直徑，使得光束的直徑小于光電倍增 管的有效探測單元的直徑；經(jīng)過濾光片將連續(xù)光變成與光電倍增管成像時所接收的熒光一 致的單色光；光束經(jīng)振鏡反射入射至光電倍增管上；振鏡包括兩個相對的反射鏡，分別連 接至計算機，由計算機分別控制兩個反射鏡的角度，使得光束經(jīng)一個反射鏡的反射沿一個 方向掃描，兩個反射鏡的掃描方向互相垂直。
[0007] 光源采用發(fā)光二極管LED光源，發(fā)出連續(xù)光。連續(xù)光經(jīng)濾光片，選擇符合核醫(yī)學(xué)設(shè) 備工作時的波長光束。將濾光片放置在振鏡前，保證入射至光電倍增管的光束的單色性。光 源還可以選擇單色的激光，這樣就不用在光路中設(shè)置濾光片。
[0008] 本發(fā)明的基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試系統(tǒng)包括：激光光源、聚焦透鏡、準(zhǔn) 直孔、振鏡和計算機；其中，準(zhǔn)直器包括準(zhǔn)直孔和凸透鏡；光源發(fā)出發(fā)散的與光電倍增管成 像時所接收的熒光一致的單色光；經(jīng)準(zhǔn)直孔后由凸透鏡變成平行光；經(jīng)光闌調(diào)整光束的直 徑，使得光束的直徑小于光電倍增管的有效探測單元的直徑；光束經(jīng)振鏡反射入射至光電 倍增管上；振鏡包括兩個相對的反射鏡，分別連接至計算機，由計算機分別控制兩個反射鏡 的角度，使得光束經(jīng)一個反射鏡的反射沿一個方向掃描，兩個反射鏡的掃描方向互相垂直。
[0009] 光闌的孔徑略小于光電倍增管的有效探測單元的直徑，從而平行光經(jīng)光闌后，變 成窄光束，光束的直徑小于光電倍增管的有效探測單元的直徑，再配合振鏡控制光束的反 射角，使得光束依次經(jīng)過每一個有效探測單元，保證測量精度。
[0010] 進(jìn)一步，在濾光片和振鏡之間設(shè)置中性密度濾波片，用以調(diào)整光強。
[0011] 本發(fā)明的另一個目的在于提供一種基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試方法。
[0012] 本發(fā)明的基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試方法包括以下步驟：
[0013] 1)光源發(fā)出發(fā)散的連續(xù)光，經(jīng)準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直孔后由準(zhǔn)直器的凸透鏡變成平行的連 續(xù)光，經(jīng)光闌調(diào)整光束的直徑，使得光束的直徑小于光電倍增管PMT的有效探測單元的直 徑；
[0014] 2)經(jīng)過濾光片將連續(xù)光變成與光電倍增管成像時所接收的熒光一致的單色光；
[0015] 3)計算機分別控制振鏡的兩個反射鏡的角度，光束經(jīng)振鏡反射入射至光電倍增管 的一個有效探測單元上，記錄該位置的PMT的輸出信號；
[0016] 4)計算機控制改變反射鏡的角度，使得光束經(jīng)一個反射鏡的反射沿一個方向掃 描，兩個反射鏡的掃描方向互相垂直，重復(fù)步驟3)，直至控制光束遍歷掃描整個PMT的每一 個有效探測單元；
[0017] 5)掃描完整個PMT的表面后，對輸出信號進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，評價PMT的均勻性。
[0018] 其中，在步驟4)中，計算機控制反射鏡的反射角的改變，使得光束依次經(jīng)過光電 倍增管的每一個有效探測單元，因此光束在光電倍增管上的步進(jìn)距離為光電倍增管的相鄰 的兩個有效探測單元的中心距離，反射角的步進(jìn)量滿足：Λ Θ XL =Λ1，其中，Λ Θ是反 射角的步進(jìn)量，L是從反射鏡至光電倍增管之間的光路的長度，Λ 1是光電倍增管的相鄰的 兩個有效探測單元的中心距離。
[0019] 光源采用單色的激光，本發(fā)明的基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試方法包括以 下步驟：
[0020] 1)光源發(fā)出發(fā)散的與光電倍增管成像時所接收的熒光一致的單色光，經(jīng)準(zhǔn)直器的 準(zhǔn)直孔后由準(zhǔn)直器的凸透鏡變成平行光，經(jīng)光闌調(diào)整光束的直徑，使得光束的直徑小于光 電倍增管ΡΜΤ的有效探測單元的直徑；
[0021] 2)計算機分別控制振鏡的兩個反射鏡的角度，光束經(jīng)振鏡反射入射至光電倍增管 的一個有效探測單元上，記錄該位置的光電倍增管的輸出信號；
[0022] 3)計算機控制改變反射鏡的角度，使得光束經(jīng)一個反射鏡的反射沿一個方向掃 描，兩個反射鏡的掃描方向互相垂直，重復(fù)步驟2)，直至控制光束遍歷掃描整個PMT的每一 個有效探測單元；
[0023] 4)掃描完整個PMT的表面后，對輸出信號進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，評價PMT的均勻性。
[0024] 本發(fā)明采用包括兩個反射鏡的振鏡，通過計算機控制兩個反射鏡的角度，從而控 制光束經(jīng)反射鏡的反射角，使得經(jīng)一個反射鏡的反射沿一個方向掃描，兩個反射鏡的掃描 方向互相垂直，這樣兩個反射鏡的配合可以完成對PMT表面的二維掃描。
[0025] 本發(fā)明的優(yōu)點：
[0026] (1)光路中沒有連接線，搭建簡單，且易于校正位置；
[0027] (2)更換PMT簡易，可以實現(xiàn)大批量PMT的均勻性測試；
[0028] (3)振鏡的控制精度高，步進(jìn)距離的精確度可達(dá)到微米量級，能夠確保光束在PMT 上的精確位移，遍歷PMT表面的每個有效探測單兀；
[0029] (4)通過選擇不同的濾光片型號，可以廣泛應(yīng)用于不同波長的PMT均勻性測試。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1是本發(fā)明的基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試系統(tǒng)的實施例一的結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0031] 圖2是本發(fā)明的基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試系統(tǒng)的實施例二的結(jié)構(gòu)示 意圖。

【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖，通過實例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0033] 實施例一
[0034] 如圖1所示，在本實施例中，基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試系統(tǒng)包括：光源 1、準(zhǔn)直器2、光闌3、濾光片4、振鏡5、中性密度濾波片6和計算機；其中，準(zhǔn)直器2包括準(zhǔn)直 孔21和凸透鏡22 ;光源1發(fā)出發(fā)散的連續(xù)光；經(jīng)準(zhǔn)直孔21后由凸透鏡22變成平行的連續(xù) 光，經(jīng)光闌3調(diào)整光束的直徑，使得光束的直徑略小于光電倍增管的有效探測單元的直徑； 經(jīng)過濾光片將連續(xù)光變成與光電倍增管成像時所接收的熒光一致的單色光；光束經(jīng)振鏡反 射入射至光電倍增管上；振鏡包括兩個相對的反射鏡，分別連接至計算機，由計算機分別控 制兩個反射鏡的角度，使得光束經(jīng)一個反射鏡的反射沿X軸方向掃描，經(jīng)另一個反射鏡的 反射沿y軸方向掃描。
[0035] 光電倍增管PMT的直徑為19_，有效探測單元的直徑為1_，則相鄰的兩個有效探 測單元的中心距離Λ 1為2mm。光闌的孔徑為0. 8mm。
[0036] 本實施例的基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試方法包括以下步驟：
[0037] 1)光源發(fā)出發(fā)散的與光電倍增管成像時所接收的熒光一致的單色光，經(jīng)準(zhǔn)直器的 準(zhǔn)直孔后由準(zhǔn)直器的凸透鏡變成平行光，經(jīng)光闌調(diào)整光束的直徑，使得光束的直徑小于光 電倍增管的有效探測單元的直徑；
[0038] 2)經(jīng)過濾光片將連續(xù)光變成與光電倍增管成像時所接收的熒光一致的單色光；
[0039] 3)計算機分別控制振鏡的兩個反射鏡的角度，光束經(jīng)振鏡反射入射至光電倍增管 的一個有效探測單元上，記錄該位置的光電倍增管PMT的輸出信號；
[0040] 4)計算機控制改變反射鏡的角度，使得光束經(jīng)一個反射鏡的反射沿X軸掃描，經(jīng) 另一個反射鏡沿y軸掃描，重復(fù)步驟3)，掃描間距為2mm，直至控制光束遍歷掃描整個PMT 的每一個有效探測單兀；
[0041] 5)掃描完整個PMT的表面后，對輸出信號進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，評價PMT的均勻性。
[0042] 實施例二
[0043] 如圖2所示，在本實施例中，光源1采用單色的激光器，波長在PMT的響應(yīng)范圍內(nèi)， 因此不需要加入濾光片，其他結(jié)構(gòu)同實施例一。
[〇〇44] 最后需要注意的是，公布實施方式的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和 修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以 權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述測試系統(tǒng)包括： 光源、準(zhǔn)直器、光闌、濾光片、振鏡和計算機；其中，準(zhǔn)直器包括準(zhǔn)直孔和凸透鏡；光源發(fā)出 發(fā)散的連續(xù)光；經(jīng)準(zhǔn)直孔后由凸透鏡變成平行的連續(xù)光；經(jīng)光闌調(diào)整光束的直徑，使得光 束的直徑小于光電倍增管的有效探測單元的直徑；經(jīng)過濾光片將連續(xù)光變成與光電倍增管 成像時所接收的熒光一致的單色光；光束經(jīng)振鏡反射入射至光電倍增管上；振鏡包括兩個 相對的反射鏡，分別連接至計算機，由計算機分別控制兩個反射鏡的角度，使得光束經(jīng)一個 反射鏡的反射沿一個方向掃描，兩個反射鏡的掃描方向互相垂直。
2. 如權(quán)利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述光源采用發(fā)光二極管LED光源。
3. 如權(quán)利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征在于，在所述濾光片和振鏡之間設(shè)置中性密 度濾波片。
4. 一種基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述測試系統(tǒng)包括： 激光光源、聚焦透鏡、準(zhǔn)直孔、振鏡和計算機；其中，準(zhǔn)直器包括準(zhǔn)直孔和凸透鏡；光源發(fā)出 發(fā)散的與光電倍增管成像時所接收的熒光一致的單色光；經(jīng)準(zhǔn)直孔后由凸透鏡變成平行 光；經(jīng)光闌調(diào)整光束的直徑，使得光束的直徑小于光電倍增管的有效探測單元的直徑；光 束經(jīng)振鏡反射入射至光電倍增管上；振鏡包括兩個相對的反射鏡，分別連接至計算機，由計 算機分別控制兩個反射鏡的角度，使得光束經(jīng)一個反射鏡的反射沿一個方向掃描，兩個反 射鏡的掃描方向互相垂直。
5. -種基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試方法，其特征在于，所述測試方法包括以 下步驟： 1) 光源發(fā)出發(fā)散的連續(xù)光，經(jīng)準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直孔后由準(zhǔn)直器的凸透鏡變成平行的連續(xù) 光，經(jīng)光闌調(diào)整光束的直徑，使得光束的直徑小于光電倍增管PMT的有效探測單元的直徑； 2) 經(jīng)過濾光片將連續(xù)光變成與光電倍增管成像時所接收的熒光一致的單色光； 3) 計算機分別控制振鏡的兩個反射鏡的角度，光束經(jīng)振鏡反射入射至光電倍增管的一 個有效探測單元上，記錄該位置的光電倍增管PMT的輸出信號； 4) 計算機控制改變反射鏡的反射角，使得光束經(jīng)一個反射鏡的反射沿一個方向掃描， 兩個反射鏡的掃描方向互相垂直，重復(fù)步驟3)，直至控制光束遍歷掃描整個PMT的每一個 有效探測單元； 5) 掃描完整個PMT的表面后，對輸出信號進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，評價PMT的均勻性。
6. 如權(quán)利要求5所述的測試方法，其特征在于，在步驟4)中，計算機控制反射鏡的反 射角，反射角的步進(jìn)量滿足：Λ Θ XL =Λ1，其中，Λ Θ是反射角的步進(jìn)量，L是從反射鏡 至光電倍增管之間的光路的長度，Λ 1是光電倍增管的相鄰的兩個有效探測單元的中心距 離。
7. -種基于振鏡的光電倍增管均勻性的測試方法，其特征在于，所述測試方法包括以 下步驟： 1) 光源發(fā)出發(fā)散的與光電倍增管成像時所接收的熒光一致的單色光，經(jīng)準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直 孔后由準(zhǔn)直器的凸透鏡變成平行光，經(jīng)光闌調(diào)整光束的直徑，使得光束的直徑小于光電倍 增管ΡΜΤ的有效探測單元的直徑； 2) 計算機分別控制振鏡的兩個反射鏡的角度，光束經(jīng)振鏡反射入射至光電倍增管的一 個有效探測單元上，記錄該位置的光電倍增管的輸出信號； 3) 計算機控制改變反射鏡的反射角，使得光束經(jīng)一個反射鏡的反射沿一個方向掃描， 兩個反射鏡的掃描方向互相垂直，重復(fù)步驟2)，直至控制光束遍歷掃描整個PMT的每一個 有效探測單元； 4) 掃描完整個PMT的表面后，對輸出信號進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，評價PMT的均勻性。
8.如權(quán)利要求7所述的測試方法，其特征在于，在步驟3)中，計算機控制反射鏡的反 射角，反射角的步進(jìn)量滿足：Λ Θ XL =Λ1，其中，Λ Θ是反射角的步進(jìn)量，L是從反射鏡 至光電倍增管之間的光路的長度，Λ 1是光電倍增管的相鄰的兩個有效探測單元的中心距 離。
【文檔編號】G01N21/84GK104062297SQ201410311862
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】任秋實, 楊昆, 李素瑩, 謝肇恒, 劉琪, 劉曦, 張秋實, 盧閆曄, 周坤 申請人:北京大學(xué)