Azərbaycanca AzərbaycancaБеларускі БеларускіDansk DanskDeutsch DeutschEspañola EspañolaFrançais FrançaisIndonesia IndonesiaItaliana Italiana日本語 日本語Қазақ ҚазақLietuvos LietuvosNederlands NederlandsPortuguês PortuguêsРусский Русскийසිංහල සිංහලแบบไทย แบบไทยTürkçe TürkçeУкраїнська Українська中國人 中國人United State United StateAfrikaans Afrikaans
Підтримка
www.wikidata.uk-ua.nina.az

Підрахунок фотонів це техніка при якій індивідуальні фотони підраховуються за допомогою детектора одиничних фотонів ДОФ

Детектор одиничних фотонів

Детектор одиничних фотонів

Підрахунок фотонів — це техніка, при якій індивідуальні фотони підраховуються за допомогою детектора одиничних фотонів(ДОФ). На відміну від звичайного фотодетектора, який генерує аналоговий сигнал, пропорційний потоку фотонів, однофотонний детектор видає імпульс сигналу кожного разу, коли виявляється фотон. Підраховується загальна кількість імпульсів (але не їх амплітуда), що дає ціле число виявлених фотонів за період вимірювання. [en] визначається квантовою ефективністю та будь-якими електронними втратами, які присутні в системі.

image
Прототип однофотонного детектора, який був використаний на 200-дюймовому [en]. Космічний телескоп Габбл має подібний детектор.

Багато фотоприймачів можна налаштувати на виявлення окремих фотонів, кожен з яких має відносні переваги та недоліки. До загальних типів належать фотоелектронні помножувачі, лічильники Гейгера, [en], детектори одиничних фотонів на основі надпровідних нанодротів, [en], та сцинтиляційні лічильники. Прилади із зарядовим зв'язком також іноді можна використовувати.

Переваги

Підрахунок фотонів усуває шум підсилення, де константа пропорційності між вихідним аналоговим сигналом і кількістю фотонів змінюється випадково. Таким чином, коефіцієнт шуму викидів детектора підрахунку фотонів дорівнює одиниці, а досяжне (відношення сигнал / шум) для фіксованої кількості фотонів зазвичай буде вищим, ніж якби той самий детектор працював підрахунок фотонів.

Підрахунок фотонів може покращити [en]. У звичайному детекторі кілька фотонів, що надходять, генерують перекриття імпульсних відгуків, обмежуючи часову роздільну здатність приблизно до часу спрацювання детектора. Однак, якщо відомо, що був виявлений одиночний фотон, можна оцінити центр імпульсної реакції, щоб точно визначити час надходження фотона. Використовуючи корельований за часом підрахунок фотонів, часову роздільну здатність менше 25 пс було продемонстровано за допомогою детекторів з часом спрацювання більше ніж у 20 разів довшим.

Недоліки

Однофотонні детектори, як правило, обмежуються виявленням по одному окремому фотону за раз, і для скидання може знадобитися «мертвий час» між подіями виявлення. Якщо протягом цього інтервалу надходять додаткові фотони, можливе їх може невиявлення. Отже, максимальна кількість світла інтенсивність, яку можна точно підрахувати, як правило, дуже низька. Зображення або вимірювання, що складаються з низької кількості фотонів, мають внутрішньо низьке (відношення сигнал / шум) через дробовий шум, спричинений тим, що випадково змінюється кількість випромінюваних фотонів. Цей ефект менш виражений у звичайних детекторах, які можуть одночасно виявляти велику кількість фотонів, пом'якшуючи дробовий шум. Тому відношення сигнал / шум з підрахунком фотонів, як правило, набагато нижче, ніж при звичайному виявленні, і отримання корисних зображень може вимагати дуже тривалого часу для накопичення фотонів.

Застосування

Використання однофотонних детекторів корисно в багатьох сферах, зокрема

Медицина

У радіології одним з основних недоліків рентгенівського зображення є негативний вплив іонізуючого випромінювання. Незважаючи на те, що ризик невеликого опромінення (яке використовується у більшості медичних знімків) вважається дуже малим, завжди застосовується принцип радіаційного захисту «настільки низько, наскільки це можливо» ([en]). Одним із способів зменшення експозиції є зробити [en] максимально ефективними, щоб можна було використовувати нижчі дози для однакової якості діагностичного зображення. Детектори для підрахунку фотонів можуть допомогти завдяки їх здатності легше відкидати шум та іншим перевагам порівняно із звичайними інтегруючими (підсумовуючими) детекторами.

Мамографія з підрахунком фотонів була представлена в комерційній галузі в 2003 році. Хоча такі системи не широко поширені, є деякі дані про здатність виробляти порівнянні зображення при приблизно 40 % меншій дозі для пацієнта, ніж інші цифрові мамографічні системи з [en] . Потім була розроблена технологія для розрізнення енергій фотонів, так звана [en], з можливістю подальшого покращення якості зображення, та розрізнення різних типів тканин. [en] — ще одна ключова сфера інтересів, яка швидко розвивається і знаходиться на межі придатності до рутинного клінічного використання.

Флуоресцентна прижиттєва мікроскопія

Докладніше: [en]

Корельований за часом підрахунок фотонів точно реєструє час прибуття окремих фотонів, дозволяючи вимірювати пікосекундні різниці в масштабі часу в моментах прибуття фотонів, генерованих флуоресценцією, фосфоресценцією або іншими хімічними процесами, що випромінюють світло, забезпечуючи додаткову молекулярну інформацію про зразки. Застосування корельованого за часом підрахунку фотонів дозволяє відносно повільним детекторам вимірювати надзвичайно незначні різниці в часі, які могли б бути затемнені перекриванням імпульсних реакцій, якщо одночасно падали кілька фотонів.

ЛІДАР

Докладніше: Лідар

Деякі імпульсні системи ЛІДАР працюють в режимі підрахунку одиничних фотонів за допомогою корельованого за часом підрахунку фотонів для досягнення більш високої роздільної здатності.

Виміряні величини

Кількість фотонів, що спостерігаються за одиницю часу, дорівнює потоку фотонів. Потік фотонів на одиницю площі, якщо фотони падають на поверхню — це опроміненість, або, якщо розглядається випромінювання фотонів із джерела широкої площі, — енергетична світність. Потік на одиницю тілесного кута дорівнює силі випромінення. Потік на одиницю площі джерела на одиницю тілесного кута — це енергетична яскравість .

Див. також

Примітки

  1. (Пресреліз). National Institute of Standards and Technology. 19 лютого 2013. Архів оригіналу за 12 вересня 2015. Процитовано 11 жовтня 2018.
  2. Hadfield, RH (2009). Single-photon detectors for optical quantum information applications. Nature Photonics. 3 (12): 696. Bibcode:2009NaPho...3..696H. doi:10.1038/nphoton.2009.230.
  3. K.K, Hamamatsu Photonics. Detection Questions & Answers. hub.hamamatsu.com (англ.). Процитовано 14 серпня 2020.
  4. Fast-Acquisition TCSPC FLIM System with sub-25 ps IRF Width (PDF). Becker and Hickl. Процитовано 17 серпня 2020.
  5. Shikhaliev, M (2015). Medical X-ray and CT Imaging with Photon-Counting Detectors. У Iwanczyk, Jan S. (ред.). . Boca Raton, FL: CRC Press. с. 2—21. ISBN . Архів оригіналу за 26 квітня 2021. Процитовано 22 січня 2021.
  6. Taguchi, Katsuyuki; Iwanczyk, Jan S. (12 вересня 2013). Vision 20/20: Single photon counting x-ray detectors in medical imaging. Medical Physics. 40 (10): 100901. Bibcode:2013MedPh..40j0901T. doi:10.1118/1.4820371. PMC 3786515. PMID 24089889.
  7. McCullagh, J B; Baldelli, P; Phelan, N (November 2011). Clinical dose performance of full field digital mammography in a breast screening programme. The British Journal of Radiology. 84 (1007): 1027—1033. doi:10.1259/bjr/83821596. PMC 3473710. PMID 21586506.
  8. Weigel, Stefanie; Berkemeyer, Shoma; Girnus, Ralf; Sommer, Alexander; Lenzen, Horst; Heindel, Walter (May 2014). Digital Mammography Screening with Photon-counting Technique: Can a High Diagnostic Performance Be Realized at Low Mean Glandular Dose?. Radiology. 271 (2): 345—355. doi:10.1148/radiol.13131181. PMID 24495234.
  9. Berglund, Johan; Johansson, Henrik; Lundqvist, Mats; Cederström, Björn; Fredenberg, Erik (28 серпня 2014). Energy weighting improves dose efficiency in clinical practice: implementation on a spectral photon-counting mammography system. Journal of Medical Imaging. 1 (3): 031003. doi:10.1117/1.JMI.1.3.031003. ISSN 2329-4302. PMC 4478791. PMID 26158045.
  10. Iwanczyk, Jan S; Barber, W C; Nygård, Einar; Malakhov, Nail; Hartsough, N E; Wessel, J C (2018). Photon-Counting Energy-Dispersive Detector Arrays for X-Ray Imaging. У Iniewski, Krzysztof (ред.). Electronics for Radiation Detection. CRC Press. ISBN .
  11. Fredenberg, Erik; Willsher, Paula; Moa, Elin; Dance, David R; Young, Kenneth C; Wallis, Matthew G (22 листопада 2018). . Physics in Medicine & Biology. 63 (23): 235003. doi:10.1088/1361-6560/aaea83. ISSN 1361-6560. PMID 30465547. Архів оригіналу за 18 березня 2021. Процитовано 22 січня 2021.
  12. Pourmorteza, Amir; Symons, Rolf; Sandfort, Veit; Mallek, Marissa; Fuld, Matthew K.; Henderson, Gregory; Jones, Elizabeth C.; Malayeri, Ashkan A.; Folio, Les R.; Bluemke, David A. (April 2016). Abdominal Imaging with Contrast-enhanced Photon-counting CT: First Human Experience. Radiology. 279 (1): 239—245. doi:10.1148/radiol.2016152601. ISSN 0033-8419. PMC 4820083. PMID 26840654.
  13. . CERN (англ.). Архів оригіналу за 20 січня 2021. Процитовано 23 листопада 2020.
  14. . CERN (англ.). Архів оригіналу за 20 січня 2021. Процитовано 23 листопада 2020.

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет

Pidrahunok fotoniv ce tehnika pri yakij individualni fotoni pidrahovuyutsya za dopomogoyu detektora odinichnih fotoniv DOF Na vidminu vid zvichajnogo fotodetektora yakij generuye analogovij signal proporcijnij potoku fotoniv odnofotonnij detektor vidaye impuls signalu kozhnogo razu koli viyavlyayetsya foton Pidrahovuyetsya zagalna kilkist impulsiv ale ne yih amplituda sho daye cile chislo viyavlenih fotoniv za period vimiryuvannya en viznachayetsya kvantovoyu efektivnistyu ta bud yakimi elektronnimi vtratami yaki prisutni v sistemi Prototip odnofotonnogo detektora yakij buv vikoristanij na 200 dyujmovomu en Kosmichnij teleskop Gabbl maye podibnij detektor Bagato fotoprijmachiv mozhna nalashtuvati na viyavlennya okremih fotoniv kozhen z yakih maye vidnosni perevagi ta nedoliki Do zagalnih tipiv nalezhat fotoelektronni pomnozhuvachi lichilniki Gejgera en detektori odinichnih fotoniv na osnovi nadprovidnih nanodrotiv en ta scintilyacijni lichilniki Priladi iz zaryadovim zv yazkom takozh inodi mozhna vikoristovuvati PerevagiPidrahunok fotoniv usuvaye shum pidsilennya de konstanta proporcijnosti mizh vihidnim analogovim signalom i kilkistyu fotoniv zminyuyetsya vipadkovo Takim chinom koeficiyent shumu vikidiv detektora pidrahunku fotoniv dorivnyuye odinici a dosyazhne vidnoshennya signal shum dlya fiksovanoyi kilkosti fotoniv zazvichaj bude vishim nizh yakbi toj samij detektor pracyuvav pidrahunok fotoniv Pidrahunok fotoniv mozhe pokrashiti en U zvichajnomu detektori kilka fotoniv sho nadhodyat generuyut perekrittya impulsnih vidgukiv obmezhuyuchi chasovu rozdilnu zdatnist priblizno do chasu spracyuvannya detektora Odnak yaksho vidomo sho buv viyavlenij odinochnij foton mozhna ociniti centr impulsnoyi reakciyi shob tochno viznachiti chas nadhodzhennya fotona Vikoristovuyuchi korelovanij za chasom pidrahunok fotoniv chasovu rozdilnu zdatnist menshe 25 ps bulo prodemonstrovano za dopomogoyu detektoriv z chasom spracyuvannya bilshe nizh u 20 raziv dovshim NedolikiOdnofotonni detektori yak pravilo obmezhuyutsya viyavlennyam po odnomu okremomu fotonu za raz i dlya skidannya mozhe znadobitisya mertvij chas mizh podiyami viyavlennya Yaksho protyagom cogo intervalu nadhodyat dodatkovi fotoni mozhlive yih mozhe neviyavlennya Otzhe maksimalna kilkist svitla intensivnist yaku mozhna tochno pidrahuvati yak pravilo duzhe nizka Zobrazhennya abo vimiryuvannya sho skladayutsya z nizkoyi kilkosti fotoniv mayut vnutrishno nizke vidnoshennya signal shum cherez drobovij shum sprichinenij tim sho vipadkovo zminyuyetsya kilkist viprominyuvanih fotoniv Cej efekt mensh virazhenij u zvichajnih detektorah yaki mozhut odnochasno viyavlyati veliku kilkist fotoniv pom yakshuyuchi drobovij shum Tomu vidnoshennya signal shum z pidrahunkom fotoniv yak pravilo nabagato nizhche nizh pri zvichajnomu viyavlenni i otrimannya korisnih zobrazhen mozhe vimagati duzhe trivalogo chasu dlya nakopichennya fotoniv ZastosuvannyaVikoristannya odnofotonnih detektoriv korisno v bagatoh sferah zokrema optovolokonnij zv yazok kvantova informatika kvantove shifruvannya medichna vizualizaciya viyavlennya ta vimiryuvannya dalnosti za dopomogoyu svitla sekvenuvannya DNK astrofizika i materialoznavstvo Medicina U radiologiyi odnim z osnovnih nedolikiv rentgenivskogo zobrazhennya ye negativnij vpliv ionizuyuchogo viprominyuvannya Nezvazhayuchi na te sho rizik nevelikogo oprominennya yake vikoristovuyetsya u bilshosti medichnih znimkiv vvazhayetsya duzhe malim zavzhdi zastosovuyetsya princip radiacijnogo zahistu nastilki nizko naskilki ce mozhlivo en Odnim iz sposobiv zmenshennya ekspoziciyi ye zrobiti en maksimalno efektivnimi shob mozhna bulo vikoristovuvati nizhchi dozi dlya odnakovoyi yakosti diagnostichnogo zobrazhennya Detektori dlya pidrahunku fotoniv mozhut dopomogti zavdyaki yih zdatnosti legshe vidkidati shum ta inshim perevagam porivnyano iz zvichajnimi integruyuchimi pidsumovuyuchimi detektorami Mamografiya z pidrahunkom fotoniv bula predstavlena v komercijnij galuzi v 2003 roci Hocha taki sistemi ne shiroko poshireni ye deyaki dani pro zdatnist viroblyati porivnyanni zobrazhennya pri priblizno 40 menshij dozi dlya paciyenta nizh inshi cifrovi mamografichni sistemi z en Potim bula rozroblena tehnologiya dlya rozriznennya energij fotoniv tak zvana en z mozhlivistyu podalshogo pokrashennya yakosti zobrazhennya ta rozriznennya riznih tipiv tkanin en she odna klyuchova sfera interesiv yaka shvidko rozvivayetsya i znahoditsya na mezhi pridatnosti do rutinnogo klinichnogo vikoristannya Fluorescentna prizhittyeva mikroskopiya Dokladnishe en Korelovanij za chasom pidrahunok fotoniv tochno reyestruye chas pributtya okremih fotoniv dozvolyayuchi vimiryuvati pikosekundni riznici v masshtabi chasu v momentah pributtya fotoniv generovanih fluorescenciyeyu fosforescenciyeyu abo inshimi himichnimi procesami sho viprominyuyut svitlo zabezpechuyuchi dodatkovu molekulyarnu informaciyu pro zrazki Zastosuvannya korelovanogo za chasom pidrahunku fotoniv dozvolyaye vidnosno povilnim detektoram vimiryuvati nadzvichajno neznachni riznici v chasi yaki mogli b buti zatemneni perekrivannyam impulsnih reakcij yaksho odnochasno padali kilka fotoniv LIDAR Dokladnishe Lidar Deyaki impulsni sistemi LIDAR pracyuyut v rezhimi pidrahunku odinichnih fotoniv za dopomogoyu korelovanogo za chasom pidrahunku fotoniv dlya dosyagnennya bilsh visokoyi rozdilnoyi zdatnosti Vimiryani velichiniKilkist fotoniv sho sposterigayutsya za odinicyu chasu dorivnyuye potoku fotoniv Potik fotoniv na odinicyu ploshi yaksho fotoni padayut na poverhnyu ce oprominenist abo yaksho rozglyadayetsya viprominyuvannya fotoniv iz dzherela shirokoyi ploshi energetichna svitnist Potik na odinicyu tilesnogo kuta dorivnyuye sili viprominennya Potik na odinicyu ploshi dzherela na odinicyu tilesnogo kuta ce energetichna yaskravist Div takozhDzherelo odinichnih fotoniv Lichilnik fotoniv vidimogo svitla en en Primitki Presreliz National Institute of Standards and Technology 19 lyutogo 2013 Arhiv originalu za 12 veresnya 2015 Procitovano 11 zhovtnya 2018 Hadfield RH 2009 Single photon detectors for optical quantum information applications Nature Photonics 3 12 696 Bibcode 2009NaPho 3 696H doi 10 1038 nphoton 2009 230 K K Hamamatsu Photonics Detection Questions amp Answers hub hamamatsu com angl Procitovano 14 serpnya 2020 Fast Acquisition TCSPC FLIM System with sub 25 ps IRF Width PDF Becker and Hickl Procitovano 17 serpnya 2020 Shikhaliev M 2015 Medical X ray and CT Imaging with Photon Counting Detectors U Iwanczyk Jan S red Boca Raton FL CRC Press s 2 21 ISBN 9781498766821 Arhiv originalu za 26 kvitnya 2021 Procitovano 22 sichnya 2021 Taguchi Katsuyuki Iwanczyk Jan S 12 veresnya 2013 Vision 20 20 Single photon counting x ray detectors in medical imaging Medical Physics 40 10 100901 Bibcode 2013MedPh 40j0901T doi 10 1118 1 4820371 PMC 3786515 PMID 24089889 McCullagh J B Baldelli P Phelan N November 2011 Clinical dose performance of full field digital mammography in a breast screening programme The British Journal of Radiology 84 1007 1027 1033 doi 10 1259 bjr 83821596 PMC 3473710 PMID 21586506 Weigel Stefanie Berkemeyer Shoma Girnus Ralf Sommer Alexander Lenzen Horst Heindel Walter May 2014 Digital Mammography Screening with Photon counting Technique Can a High Diagnostic Performance Be Realized at Low Mean Glandular Dose Radiology 271 2 345 355 doi 10 1148 radiol 13131181 PMID 24495234 Berglund Johan Johansson Henrik Lundqvist Mats Cederstrom Bjorn Fredenberg Erik 28 serpnya 2014 Energy weighting improves dose efficiency in clinical practice implementation on a spectral photon counting mammography system Journal of Medical Imaging 1 3 031003 doi 10 1117 1 JMI 1 3 031003 ISSN 2329 4302 PMC 4478791 PMID 26158045 Iwanczyk Jan S Barber W C Nygard Einar Malakhov Nail Hartsough N E Wessel J C 2018 Photon Counting Energy Dispersive Detector Arrays for X Ray Imaging U Iniewski Krzysztof red Electronics for Radiation Detection CRC Press ISBN 9781439858844 Fredenberg Erik Willsher Paula Moa Elin Dance David R Young Kenneth C Wallis Matthew G 22 listopada 2018 Physics in Medicine amp Biology 63 23 235003 doi 10 1088 1361 6560 aaea83 ISSN 1361 6560 PMID 30465547 Arhiv originalu za 18 bereznya 2021 Procitovano 22 sichnya 2021 Pourmorteza Amir Symons Rolf Sandfort Veit Mallek Marissa Fuld Matthew K Henderson Gregory Jones Elizabeth C Malayeri Ashkan A Folio Les R Bluemke David A April 2016 Abdominal Imaging with Contrast enhanced Photon counting CT First Human Experience Radiology 279 1 239 245 doi 10 1148 radiol 2016152601 ISSN 0033 8419 PMC 4820083 PMID 26840654 CERN angl Arhiv originalu za 20 sichnya 2021 Procitovano 23 listopada 2020 CERN angl Arhiv originalu za 20 sichnya 2021 Procitovano 23 listopada 2020

Дата публікації:
Топ