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一种基于振镜的光电倍增管均匀性的测试系统及测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于振镜的光电倍增管均匀性的测试系统及测试方法。本发明的测试系统包括：光源、准直器、光阑、滤光片、振镜和计算机，振镜包括两个相对的反射镜，通过计算机控制两个反射镜的角度，从而控制光束经反射镜的反射角，使得经一个反射镜的反射沿一个方向扫描，两个反射镜的扫描方向互相垂直，这样两个反射镜的配合可以完成对PMT表面的二维扫描。本发明的光路中没有连接线，搭建简单，且易于校正位置；更换PMT简易，可以实现大批量PMT的均匀性测试；振镜的控制精度高，能够确保光束在PMT上的精确位移，遍历PMT表面的每个有效探测单元；通过选择不同的滤光片型号，可以广泛应用于不同波长的PMT均匀性测试。
【专利说明】-种基于振镜的光电倍增管均匀性的测试系统及测试方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及核医学成像设备，尤其涉及一种基于振镜的光电倍增管均匀性的测试 系统及测试方法。

【背景技术】
[0002] 光电倍增管PMT是一种光电转换器件，它能将微弱的光信号转换成易于收集和处 理的电信号。光电倍增管由光阴极（光电发射阴极）、聚焦电极、电子倍增极和阳极（电子 收集极）等组成。将闪烁体与光电倍增管结合起来形成闪烁探测器。闪烁探测器应用于如 正电子发射断层成像PET设备的核医学设备中，伽马γ射线打到闪烁体，产生闪烁光，经光 学窗进入光电倍增管，在光阴极上打出光电子；光电子经聚集电极电场进入电子倍增系统， 光电子被其吸引和加速，产生多个二次电子，经过8?12个打拿极的连续倍增，使电子进一 步加倍；二次电子簇流最后被阳极收集起来，形成电流脉冲，作为信号输出。Y射线在闪烁 体上所激发的荧光会被全部的光电倍增管采集，通过电阻加权定位，光电倍增管给出位置 信号和能量信号，进而重建得到物体中放射性核素的分布和重建图像。由于Y射线在闪烁 体中产生可见光光子的数目、可见光子到达PMT光阴极的数目、光阴极释放光电子的数目、 打拿极的倍增因子的随机统计涨落、PMT光阴极各处灵敏度不均匀以及加在PMT的高压波 动，这些都会造成闪烁体探测器输出的脉冲幅度层次不齐，输出信号的均匀性较差，影响图 像的重建效果。因此，光电倍增管的均匀性是影响成像系统性能和成像质量的一个重要环 节。
[0003] 目前用来测试光电倍增管的均匀性的方法主要有：（1)光源和PMT固定，将光信 号通过多根光纤耦合到一个光电倍增管上，通过整体的输出信号来分析PMT的均匀性；（2) PMT固定，光源固定在二维平移台，步进电机驱动平移台，光源随之移动，照射到光电倍增管 的各个位置，记录整个过程中PMT输出的脉冲信号。但是，通过光纤耦合的测试方法，系统 搭建复杂，多根光纤的耦合过程有可能引入更多误差，难以批量检测PMT的均匀性；结合二 维平移台的测试方法，在检测有效区域较小的PMT时，光源位移的精度较低，难以保证准确 照射在PMT的每个有效探测单元。


【发明内容】

[0004] 针对以上现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于振镜的光电倍增管均匀性 的测试系统及测试方法，通过光学系统来测试光电倍增管的均匀性，将符合均匀性标准的 PMT应用于核医学成像设备中，从而提高探测器均匀性和系统成像质量。
[0005] 本发明的一个目的在于提供一种基于振镜的光电倍增管均匀性的测试系统。
[0006] 本发明的基于振镜的光电倍增管均勻性的测试系统包括：光源、准直器、光阑、滤 光片、振镜和计算机；其中，准直器包括准直孔和凸透镜；光源发出发散的连续光；经准直 孔后由凸透镜变成平行的连续光；经光阑调整光束的直径，使得光束的直径小于光电倍增 管的有效探测单元的直径；经过滤光片将连续光变成与光电倍增管成像时所接收的荧光一 致的单色光；光束经振镜反射入射至光电倍增管上；振镜包括两个相对的反射镜，分别连 接至计算机，由计算机分别控制两个反射镜的角度，使得光束经一个反射镜的反射沿一个 方向扫描，两个反射镜的扫描方向互相垂直。
[0007] 光源采用发光二极管LED光源，发出连续光。连续光经滤光片，选择符合核医学设 备工作时的波长光束。将滤光片放置在振镜前，保证入射至光电倍增管的光束的单色性。光 源还可以选择单色的激光，这样就不用在光路中设置滤光片。
[0008] 本发明的基于振镜的光电倍增管均匀性的测试系统包括：激光光源、聚焦透镜、准 直孔、振镜和计算机；其中，准直器包括准直孔和凸透镜；光源发出发散的与光电倍增管成 像时所接收的荧光一致的单色光；经准直孔后由凸透镜变成平行光；经光阑调整光束的直 径，使得光束的直径小于光电倍增管的有效探测单元的直径；光束经振镜反射入射至光电 倍增管上；振镜包括两个相对的反射镜，分别连接至计算机，由计算机分别控制两个反射镜 的角度，使得光束经一个反射镜的反射沿一个方向扫描，两个反射镜的扫描方向互相垂直。
[0009] 光阑的孔径略小于光电倍增管的有效探测单元的直径，从而平行光经光阑后，变 成窄光束，光束的直径小于光电倍增管的有效探测单元的直径，再配合振镜控制光束的反 射角，使得光束依次经过每一个有效探测单元，保证测量精度。
[0010] 进一步，在滤光片和振镜之间设置中性密度滤波片，用以调整光强。
[0011] 本发明的另一个目的在于提供一种基于振镜的光电倍增管均匀性的测试方法。
[0012] 本发明的基于振镜的光电倍增管均匀性的测试方法包括以下步骤：
[0013] 1)光源发出发散的连续光，经准直器的准直孔后由准直器的凸透镜变成平行的连 续光，经光阑调整光束的直径，使得光束的直径小于光电倍增管PMT的有效探测单元的直 径；
[0014] 2)经过滤光片将连续光变成与光电倍增管成像时所接收的荧光一致的单色光；
[0015] 3)计算机分别控制振镜的两个反射镜的角度，光束经振镜反射入射至光电倍增管 的一个有效探测单元上，记录该位置的PMT的输出信号；
[0016] 4)计算机控制改变反射镜的角度，使得光束经一个反射镜的反射沿一个方向扫 描，两个反射镜的扫描方向互相垂直，重复步骤3)，直至控制光束遍历扫描整个PMT的每一 个有效探测单元；
[0017] 5)扫描完整个PMT的表面后，对输出信号进行统计学处理，评价PMT的均匀性。
[0018] 其中，在步骤4)中，计算机控制反射镜的反射角的改变，使得光束依次经过光电 倍增管的每一个有效探测单元，因此光束在光电倍增管上的步进距离为光电倍增管的相邻 的两个有效探测单元的中心距离，反射角的步进量满足：Λ Θ XL =Λ1，其中，Λ Θ是反 射角的步进量，L是从反射镜至光电倍增管之间的光路的长度，Λ 1是光电倍增管的相邻的 两个有效探测单元的中心距离。
[0019] 光源采用单色的激光，本发明的基于振镜的光电倍增管均匀性的测试方法包括以 下步骤：
[0020] 1)光源发出发散的与光电倍增管成像时所接收的荧光一致的单色光，经准直器的 准直孔后由准直器的凸透镜变成平行光，经光阑调整光束的直径，使得光束的直径小于光 电倍增管ΡΜΤ的有效探测单元的直径；
[0021] 2)计算机分别控制振镜的两个反射镜的角度，光束经振镜反射入射至光电倍增管 的一个有效探测单元上，记录该位置的光电倍增管的输出信号；
[0022] 3)计算机控制改变反射镜的角度，使得光束经一个反射镜的反射沿一个方向扫 描，两个反射镜的扫描方向互相垂直，重复步骤2)，直至控制光束遍历扫描整个PMT的每一 个有效探测单元；
[0023] 4)扫描完整个PMT的表面后，对输出信号进行统计学处理，评价PMT的均匀性。
[0024] 本发明采用包括两个反射镜的振镜，通过计算机控制两个反射镜的角度，从而控 制光束经反射镜的反射角，使得经一个反射镜的反射沿一个方向扫描，两个反射镜的扫描 方向互相垂直，这样两个反射镜的配合可以完成对PMT表面的二维扫描。
[0025] 本发明的优点：
[0026] (1)光路中没有连接线，搭建简单，且易于校正位置；
[0027] (2)更换PMT简易，可以实现大批量PMT的均匀性测试；
[0028] (3)振镜的控制精度高，步进距离的精确度可达到微米量级，能够确保光束在PMT 上的精确位移，遍历PMT表面的每个有效探测单兀；
[0029] (4)通过选择不同的滤光片型号，可以广泛应用于不同波长的PMT均匀性测试。

【专利附图】

【附图说明】
[0030] 图1是本发明的基于振镜的光电倍增管均匀性的测试系统的实施例一的结构示 意图；
[0031] 图2是本发明的基于振镜的光电倍增管均匀性的测试系统的实施例二的结构示 意图。

【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图，通过实例对本发明做进一步说明。
[0033] 实施例一
[0034] 如图1所示，在本实施例中，基于振镜的光电倍增管均匀性的测试系统包括：光源 1、准直器2、光阑3、滤光片4、振镜5、中性密度滤波片6和计算机；其中，准直器2包括准直 孔21和凸透镜22 ;光源1发出发散的连续光；经准直孔21后由凸透镜22变成平行的连续 光，经光阑3调整光束的直径，使得光束的直径略小于光电倍增管的有效探测单元的直径； 经过滤光片将连续光变成与光电倍增管成像时所接收的荧光一致的单色光；光束经振镜反 射入射至光电倍增管上；振镜包括两个相对的反射镜，分别连接至计算机，由计算机分别控 制两个反射镜的角度，使得光束经一个反射镜的反射沿X轴方向扫描，经另一个反射镜的 反射沿y轴方向扫描。
[0035] 光电倍增管PMT的直径为19_，有效探测单元的直径为1_，则相邻的两个有效探 测单元的中心距离Λ 1为2mm。光阑的孔径为0. 8mm。
[0036] 本实施例的基于振镜的光电倍增管均匀性的测试方法包括以下步骤：
[0037] 1)光源发出发散的与光电倍增管成像时所接收的荧光一致的单色光，经准直器的 准直孔后由准直器的凸透镜变成平行光，经光阑调整光束的直径，使得光束的直径小于光 电倍增管的有效探测单元的直径；
[0038] 2)经过滤光片将连续光变成与光电倍增管成像时所接收的荧光一致的单色光；
[0039] 3)计算机分别控制振镜的两个反射镜的角度，光束经振镜反射入射至光电倍增管 的一个有效探测单元上，记录该位置的光电倍增管PMT的输出信号；
[0040] 4)计算机控制改变反射镜的角度，使得光束经一个反射镜的反射沿X轴扫描，经 另一个反射镜沿y轴扫描，重复步骤3)，扫描间距为2mm，直至控制光束遍历扫描整个PMT 的每一个有效探测单兀；
[0041] 5)扫描完整个PMT的表面后，对输出信号进行统计学处理，评价PMT的均匀性。
[0042] 实施例二
[0043] 如图2所示，在本实施例中，光源1采用单色的激光器，波长在PMT的响应范围内， 因此不需要加入滤光片，其他结构同实施例一。
[〇〇44] 最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领 域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和 修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以 权利要求书界定的范围为准。
【权利要求】
1. 一种基于振镜的光电倍增管均匀性的测试系统，其特征在于，所述测试系统包括： 光源、准直器、光阑、滤光片、振镜和计算机；其中，准直器包括准直孔和凸透镜；光源发出 发散的连续光；经准直孔后由凸透镜变成平行的连续光；经光阑调整光束的直径，使得光 束的直径小于光电倍增管的有效探测单元的直径；经过滤光片将连续光变成与光电倍增管 成像时所接收的荧光一致的单色光；光束经振镜反射入射至光电倍增管上；振镜包括两个 相对的反射镜，分别连接至计算机，由计算机分别控制两个反射镜的角度，使得光束经一个 反射镜的反射沿一个方向扫描，两个反射镜的扫描方向互相垂直。
2. 如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述光源采用发光二极管LED光源。
3. 如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，在所述滤光片和振镜之间设置中性密 度滤波片。
4. 一种基于振镜的光电倍增管均匀性的测试系统，其特征在于，所述测试系统包括： 激光光源、聚焦透镜、准直孔、振镜和计算机；其中，准直器包括准直孔和凸透镜；光源发出 发散的与光电倍增管成像时所接收的荧光一致的单色光；经准直孔后由凸透镜变成平行 光；经光阑调整光束的直径，使得光束的直径小于光电倍增管的有效探测单元的直径；光 束经振镜反射入射至光电倍增管上；振镜包括两个相对的反射镜，分别连接至计算机，由计 算机分别控制两个反射镜的角度，使得光束经一个反射镜的反射沿一个方向扫描，两个反 射镜的扫描方向互相垂直。
5. -种基于振镜的光电倍增管均匀性的测试方法，其特征在于，所述测试方法包括以 下步骤： 1) 光源发出发散的连续光，经准直器的准直孔后由准直器的凸透镜变成平行的连续 光，经光阑调整光束的直径，使得光束的直径小于光电倍增管PMT的有效探测单元的直径； 2) 经过滤光片将连续光变成与光电倍增管成像时所接收的荧光一致的单色光； 3) 计算机分别控制振镜的两个反射镜的角度，光束经振镜反射入射至光电倍增管的一 个有效探测单元上，记录该位置的光电倍增管PMT的输出信号； 4) 计算机控制改变反射镜的反射角，使得光束经一个反射镜的反射沿一个方向扫描， 两个反射镜的扫描方向互相垂直，重复步骤3)，直至控制光束遍历扫描整个PMT的每一个 有效探测单元； 5) 扫描完整个PMT的表面后，对输出信号进行统计学处理，评价PMT的均匀性。
6. 如权利要求5所述的测试方法，其特征在于，在步骤4)中，计算机控制反射镜的反 射角，反射角的步进量满足：Λ Θ XL =Λ1，其中，Λ Θ是反射角的步进量，L是从反射镜 至光电倍增管之间的光路的长度，Λ 1是光电倍增管的相邻的两个有效探测单元的中心距 离。
7. -种基于振镜的光电倍增管均匀性的测试方法，其特征在于，所述测试方法包括以 下步骤： 1) 光源发出发散的与光电倍增管成像时所接收的荧光一致的单色光，经准直器的准直 孔后由准直器的凸透镜变成平行光，经光阑调整光束的直径，使得光束的直径小于光电倍 增管ΡΜΤ的有效探测单元的直径； 2) 计算机分别控制振镜的两个反射镜的角度，光束经振镜反射入射至光电倍增管的一 个有效探测单元上，记录该位置的光电倍增管的输出信号； 3) 计算机控制改变反射镜的反射角，使得光束经一个反射镜的反射沿一个方向扫描， 两个反射镜的扫描方向互相垂直，重复步骤2)，直至控制光束遍历扫描整个PMT的每一个 有效探测单元； 4) 扫描完整个PMT的表面后，对输出信号进行统计学处理，评价PMT的均匀性。
8.如权利要求7所述的测试方法，其特征在于，在步骤3)中，计算机控制反射镜的反 射角，反射角的步进量满足：Λ Θ XL =Λ1，其中，Λ Θ是反射角的步进量，L是从反射镜 至光电倍增管之间的光路的长度，Λ 1是光电倍增管的相邻的两个有效探测单元的中心距 离。
【文档编号】G01N21/84GK104062297SQ201410311862
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】任秋实, 杨昆, 李素莹, 谢肇恒, 刘琪, 刘曦, 张秋实, 卢闫晔, 周坤 申请人:北京大学