[发明专利]可扩展荧光寿命探测范围的质心算法CMM

摘要

本发明属电学领域，为扩展可探测的荧光寿命的范围，使可探测的荧光寿命的范围不受诱发荧光激光脉冲频率以及TDC量化范围的影响，本发明采取的技术方案是，可扩展荧光寿命探测范围的质心算法CMM，包括如下步骤：对于一个单指数响应的荧光寿命衰减曲线：f(t)＝Aexp(‑t/τ)(1)CMM算法的精度及误差关系式定为：$\frac{{\mathrm{\&tau;}}_{CMM}}{T}=\frac{\mathrm{\&tau;}}{T}-\frac{e^{-T/\mathrm{\&tau;}}}{1-e^{-T/\mathrm{\&tau;}}}---\left(2\right)$${\mathrm{\&tau;}}_{CMM}=(\frac{\underset{j=0}{\overset{M-1}{\&Sigma;}}{\mathrm{jN}}_j}{N_C}+\frac{1}{2})h$修正后的荧光寿命的标准差为${\mathrm{\&tau;}}_{CMM}=(\frac{\underset{j=0}{\overset{M-1}{\&Sigma;}}{\mathrm{jN}}_j}{N_C}+\frac{1}{2})h$Nj是第j个时间窗口内所记录的事件个数，NC是TDC所记录的总的时间个数，h为TDC的量化精度；使用下列方式进行递推近似来求解：$\frac{{\mathrm{\&tau;}}_{i+1}}{T}=\frac{{\mathrm{\&tau;}}_{CMM}}{T}-\frac{e^{-T/{\mathrm{\&tau;}}_i}}{1-e^{-T/{\mathrm{\&tau;}}_i}}---\left(3\right)$其中i＝0,1,2,...,τ₀＝τ_CMM，当满足误差条件|τ_i+1‑τ_i|<ε      (4)时，递推过程停止；其中，根据公式(8)递推的结果通过向量使τ_CMM与τ对应；并使用内插技术进一步提高查找表的精度；从公式(1)、(2)、(4)得到，修正后的寿命信息的精度表示为通过公式(9)，修正后的荧光寿命的标准差为$\frac{{\mathrm{\&sigma;\&tau;}}_{CMM.Corr}}{\mathrm{\&tau;}}=\frac{{\mathrm{\&sigma;\&tau;}}_{CMM}}{\mathrm{\&tau;}}\left(\frac{{\mathrm{d\&tau;}}_{CMM}}{d\mathrm{\&tau;}}\right)=\frac{h}{\mathrm{\&tau;}\sqrt{N_C}}\frac{\sqrt{P\left(x\right)}(1-x^M)}{(1-x)\&lsqb;{(1-x^M)}^2-\frac{M^2{h}^2}{{\mathrm{\&tau;}}^2}{x}^M\&rsqb;}---\left(6\right)$其中中间参变量x，P(x)和G(x)分别定义为$G\left(x\right)=\frac{1+x}{2(1-x)}-\frac{{\mathrm{Mx}}^M}{1-x^M}---\left(7\right)$P(x)＝x‑M²x^M+(2M²‑2)x^M+1‑M²x^M+2+X^2M+1  (8)x＝exp(‑h/τ) (9)A为荧光强度的幅度，t为探测窗口所处的时刻点，τ为待测荧光的衰减寿命，h为TDC的量化精度，也就是TDC的一个LSB，M为TDC时间窗口总数，T为TDC量程。

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