CN101561507A - 射线探测器的射线能量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射线探测器的能量检测方法，所述方法包括下述步骤：a)使用晶体探头探测射线并转换成信号脉冲；b)基于步骤a)中得到的信号脉冲预定多个非堆积信号，获得所述射线探测器的信号脉冲的标准波形，以用作所述射线探测器的基准波形；c)基于所述标准波形，获得所述射线探测器的能量修正表；以及d)根据所述能量修正表，对所述射线探测器中的非堆积信号进行能量判读，以获得与所述非堆积信号相对应的射线能量；对堆积信号进行修正，以获得堆积信号分别对应的射线能量。根据本发明的上述方法，通过实测和统计的方法来代替传统的指数假设模型，不仅提高了射线探测器的检测精度，而且不需要对现有探测器进行硬件改动，简单有效。

Description

射线探测器的射线能量检测方法

技术领域

本发明涉及射线探测领域，尤其是涉及一种射线探测器的射线能量检测方法。

背景技术

目前，在医疗、临床等领域的射线探测中，经常使用例如BGO等的晶体来作为各种射线探测器中使用的晶体。在例如BGO晶体探头接收到射线后，便会产生脉冲，利用所产生的脉冲信息，进行电子学电路的积分、维持、采样、计算等可以进一步获得射线的能量。

在现有的射线探测器中，如图1中所示，获得射线的能量的方法主要有以下两种：

方法一

将上述的探测器所产生的原始脉冲信号进行积分以获得所述脉冲信号的积分信号，所述原始脉冲信号如图1a中所示，其中横轴表示时间相关的变量，其中最小的时间单位为0.2ns，纵轴表示与电压值相关的变量，积分后所获得的积分信号如图1b中所示，其中横轴表示与时间相关的变量，纵轴表示与电压值相关的变量。接着，将原始脉冲信号及其积分信号按照一定的权重比例进行叠加，得到相对平缓的加和信号，如图1c所示，由此根据所述加和信号t时刻的单个采样值，或多个采样值的加权平均值作为射线能量值。

具体而言，图1a中显示的是一个实测的脉冲信号，该信号由BGO晶体产出。例如，对于图1c中的加和信号，所述权重比例可以基于指数模型进行推算(将在下面说明)。

假定脉冲为标准指数型：

$f\left(t\right)={\mathrm{Ae}}^{\frac{-t}{\mathrm{\τ}}},$

其中τ为例如BGO晶体的晶体衰减常数。

对其进行积分：

$\underset{0}{\overset{t}{\∫}}f\left(t\right)\mathrm{dt}=\mathrm{A\τ}(1-e^{\frac{-t}{\mathrm{\τ}}}),$

进行数学变化可得：

$\mathrm{\τf}\left(t\right)+\underset{0}{\overset{t}{\∫}}f\left(t\right)\mathrm{dt}=\mathrm{A\τ}$

从而将原始信号和积分信号以τ的权重比例进行加和，如图1c中的箭头所示的采样值大小或多个采样值的加和平均值表示射线能量值。

方法二

将上述的探测器所产生的原始脉冲信号进行一定时间长度t的积分，根据所获得的积分信号，在t时刻对积分信号进行采样，并予以修正，从而根据该修正值来表示射线能量值。例如，在t时刻对积分信号采样，如图1b中的箭头所示的数值，然后对所获得的数值予以计算并修正，从而得到能量值，这个修正因子传统上采用指数积分来推算。

从上述可见，方法一基于BGO晶体探头产出的脉冲是理想的指数波形，同时认为加和信号是常数，而在方法二中，则是基于BGO晶体探头产出的脉冲为理想的指数波形，从而可以得到理想的指数积分，并利用其作为修正的唯一依据，由于第二种方法受噪声干扰少，从而能量分辨率更高。

需要说明的是，在例如伽马射线穿越BGO晶体时，在反应径迹上损失能量需要一定的时间，且能量以光子的形式进行释放也需要时间，电子电路的各种电子元件都有寄生电感、电容且处理信号的频带都具有一定的限制，从而这些因素都导致BGO晶体所产出的脉冲不可能是理想指数模型。而上述两种方法都是基于指数模型的假定。

由此，上述两种能量检测方法都无法克服现有技术中所假设的理想指数模型和实际波形不符所造成的能量检测误差。同时，现有的能量检测方法无法满足对能量检测精度要求更高的射线探测器的需求。

发明内容

由此，本发明需要提供一种射线探测器的能量检测方法，所述能量检测方法减小晶体产出的信号脉冲为理想指数波形假设所带来的能量检测的误差，同时提高射线探测器的能量分辨率。

此外，本发明需要提供一种射线探测器的能量检测方法，所述检测方法不需要对现有的射线探测器进行过多的硬件改动，就可以有效地提高所述检测器的能量分辨率，且操作简单、有效。

根据本发明的一方面，提供了一种射线探测器的能量检测方法，所述方法包括下述步骤：a)使用探测器探测射线并转换成信号脉冲；b)基于步骤a)中得到的信号脉冲预定多个非堆积信号，获得所述射线探测器信号脉冲的标准波形；c)基于所述标准波形，获得所述射线探测器的能量修正表；以及d)根据所述能量修正表，对所述射线探测器中的非堆积信号进行能量判读，以获得与所述非堆积信号相对应的射线能量，对堆积信号进行修正，以获得堆积信号分别对应的射线能量。

由此，根据本发明，通过采用实测和统计处理的与探测器相适应的基准波形，从而可以通过采用查询能量修正表的方式，对脉冲信号进行判读和修正，从而可以准确地对射线的能量进行检测。此外，由于在该方法中，在探测器的内部硬件上不需改动，即可达到提升能量分辨率的效果。

根据本发明的一方面，所述能量检测方法进一步包括：e)根据所述能量修正表，对所述射线探测器中的堆积信号进行能量判读和校正，以分别获得与所述堆积信号相对应的各射线能量。

根据本发明的一方面，所述步骤b)进一步包括：b1)检测预定多个非堆积信号的波形；b2)对所述波形进行去除基线和能量归一化；以及b3)对所述去除基线和能量归一化处理后的波形进行加权平均，以获得所述射线探测器信号脉冲的标准波形。

根据本发明的一方面，所述步骤c)进一步包括：c1)对所述标准波形进行积分；c2)对所述c1)中获得的积分信号进行归一化处理；以及c3)对归一化处理后的积分信号，获得积分深度随积分时间变化的表，其中所述积分深度为所述积分时间时、所述积分信号与脉冲能量的比例。

根据本发明的一方面，所述步骤d)进一步包括：d1)对所述非堆积信号进行预定积分时间(T)的积分，以获得积分信号(S)；d2)查询所述能量修正表中与所述预定积分时间(T)相对应的积分深度F(T)；以及d3)将所述积分信号除以所述积分深度，即S÷F(T)，以获得与所述非堆积信号相对应的射线能量。

根据本发明的一方面，所述步骤e)进一步包括：e1)对所述堆积信号中的第一个脉冲信号，利用所述能量修正表进行能量修正，以获得所述第一个脉冲信号所对应的射线能量；以及e2)对所述堆积信号中的第二个脉冲信号判读后，进行第一个脉冲尾部堆积减除处理，以获得所述第二个脉冲信号所对应的射线能量。

根据本发明的一方面，所述步骤e1)进一步包括：e11)在第一个脉冲信号和第二个脉冲信号发生堆叠的时间(t)前，对堆积信号进行积分，得到t时刻的积分信号(S1)；e12)查询所述能量修正表中与所述堆叠的时间(t)相对应的积分深度F(t)；以及e13)将所述积分信号除以所述积分深度，即S1÷F(t)，以获得与所述第一个脉冲信号相对应的射线能量E1。

根据本发明的一方面，所述步骤e2)进一步包括：从第一个脉冲信号和第二个脉冲信号发生堆叠的时间(t)时刻起，重新从基线对所述堆积信号积分预定的积分时间(T)，以获得堆积信号对应的积分信号(Sc)；查询所述能量修正表中与所述预定积分时间(T)相对应的积分深度F(T)；将所述积分信号(Sc)除以所述积分深度F(T)，以获得混叠能量值(Ec)；从所述能量值(Ec)减去所述第一个脉冲信号自堆积时间(t)之后的信号尾部的能量，即Ec-E1(1-F(t))以获得与所述第二个脉冲信号相对应的射线能量E2。

根据本发明的另一方面，所述晶体探头由可由NaI、BGO、LSO、LYSO等晶体形成。

根据本发明的再一方面，所述射线可以为γ射线。

本发明的有益效果，使用BGO探头的射线探测器只需在使用前进行实际信号的统计处理得到预期信号及其积分，且不需要硬件设施的更改，就可以有效的提高能量分辨率，简单有效。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据现有的射线能量检测方法，其中图1a显示了晶体探头所获得的原始脉冲信号，图1b显示了对所述原始脉冲信号进行积分所获得的积分信号，以及图1c显示了根据图1a的原始脉冲信号与所述积分信号进行叠加所获得的加和信号；

图2显示了根据本发明的射线探测器的能量检测方法的流程图；

图3显示了根据本发明基于实测和统计的标准波形与现有的指数模型假设的脉冲信号的比较示意图，其中实线表示本发明基于实测和统计的标准波形，虚线表示现有的指数模型假设的脉冲信号示意图，图3a显示了根据本发明的能量检测方法所统计的脉冲信号，图3b显示了图3a的脉冲信号的积分信号，图3c显示了根据图3a的脉冲信号与图3b的积分信号叠加所获得的加和信号；

图4是根据本发明的能量检测方法所获得的BGO晶体探头所对应的标准波形；

图5显示了所述标准波形的积分波形；

图6显示了根据本发明的标准波形和指数波形两个方案对堆积信号能量进行校正比较试验的设计流程图，其中图6a显示了根据本发明的标准波形对堆积信号能量进行校正的设计流程图，图6b显示了现有的指数波形对堆积信号能量进行校正的设计流程图；

图7显示了根据本发明的堆积信号的示意图，其中图7a显示了第一个脉冲信号和第二个脉冲信号发生堆积的示意图，图7b显示了对应于该堆积信号的积分示意图；

图8显示了本发明的设计试验中每个堆积信号的采样和叠加时间采样的示意图，其中图8a显示了堆积信号的第一个脉冲信号的取样，图8b显示了堆积信号的第二个脉冲信号的取样，图8c显示了两个脉冲信号的波峰之间的时间间隔的取样；以及

图9a显示了根据本发明的能量检测方法的检测结果，图9b显示了根据现有的理想指数波形而实施的能量检测方法所获得的检测结果。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下面将以BGO晶体探头来详细描述根据本发明的射线探测器的能量检测方法，但是需要说明的是，该BGO晶体探头仅用于示例的目的，而不是为了将本发明的保护范围局限于此，普通技术人员在阅读了本发明的能量检测方法之后，显然可以将该方法应用到具有LYSO、碘化钠等晶体探头的射线探测器中。

下面将结合图2-9来详细描述根据本发明的射线探测器的能量探测方法，其中图2显示了根据本发明的射线探测器的能量检测方法的流程图，图3显示了根据本发明基于实测和统计的标准波形与现有的指数模型假设的脉冲信号的比较示意图，图4是根据本发明的能量检测方法所获得的BGO晶体探头所对应的标准波形。

根据本发明的一方面，如图3中所示，提供了一种射线探测器的能量检测方法，所述方法包括下述步骤：a)使用探测器系统探测射线并转换成信号脉冲；b)基于步骤a)中得到的信号脉冲预定多个非堆积信号，获得所述系统的信号脉冲的标准波形，以用作所述射线探测器的基准波形；c)基于所述标准波形，获得所述射线探测器的能量修正表；以及d)根据所述能量修正表，对所述射线探测器中的非堆积信号进行能量判读，以获得与所述非堆积信号相对应的射线能量；对堆积信号进行修正，以获得堆积信号分别对应的射线能量。由此，根据本发明，可以通过采用统计处理的与探测器相适应的基准波形，从而通过采用查询能量修正表的方式，对脉冲信号进行判读和修正，可以更准确地对射线的能量进行检测。此外，由于所述能量修正表可以被存储到硬件中，从而在探测器的内部硬件上不需要进行改变，即可达到提升能量分辨率的效果。

此外，在射线探测器探测射线并检测所述射线能量的过程中，由于射线探测器中的晶体光衰减常数的限制，经常发生两个脉冲信号先后被检测，且所述两个脉冲信号发生叠加，即信号“堆积”或者堆叠，如图7a中所示。而在理想的情况下，每次只检测一个标准的脉冲信号，即非堆积脉冲信号，如图1a、3a中所示，所述脉冲信号在现有的射线探测器中采用的是假想指数模型(图3a中的虚线所示)来代替实际的波形(图1a所示)，从图3a中可见，指数模型能够较好的符合实际波形的尾部，但是完全忽略了实际波形的上升区域，在实际波形初始下降区二者也存在较大的差异。由此，根据本发明，不仅可以修正现有的波形指数模型中存在的误差，也可以对堆积信号进行修正，从而更准确地检测所述射线探测器所检测的脉冲信号所对应的射线能量。

根据上述能量修正表，对所述射线探测器中的堆积信号进行能量判读和校正，以分别获得与所述堆积信号相对应的各射线能量(步骤e)。

下面将对针对BGO晶体探头所检测的脉冲信号结合所述方法的其他步骤进行详细说明。

1、获得BGO晶体探头所检测的脉冲信号的标准波形

需要说明的是，得到BGO晶体探头所检测的脉冲信号的标准波形是本能量检测方法中重要的步骤，其实现的方法是，使用包括BGO晶体探头和电子学部件(未示出)的射线探测器系统实际产生的波形进行N个采样，对于这些波形采样要求信号不能发生多个波形的堆积、且所述波形需要完整(步骤b1)。

接着，对符合条件的N个波形进行去除基线、归一能量处理(步骤b2)，加权平均得到一个具有统计平均意义的波形f(t)，作为此射线探测器的标准波形(步骤b3)，如图3a中的实线所示。对于此实施例采用的BGO晶体，光衰减常数为300ns，信号到来的1000ns时，BGO的信号已经衰减到初始电平的3.6％，认为信号结束，积分完全。而1000ns之后，甚至更长的衰减时间后，探测到的电压信号仍然没有衰减到零，而是维持在一个缓慢变化的常数值附近，这一个电压值被称为基线电压，是系统设计各方面因素综合导致的、缓慢变化的、与信号基本独立的电压，需从信号中去除，否则大大影响积分值，从而使得判定和校正结果误差加大，实际探测过程也同样要去除此基线电压，去除的方法对于本实施例为：

$f_i^{\′}\left(t\right)=f_i\left(t\right)-\frac{1}{200}\underset{1000}{\overset{1200}{\∫}}{f}_i\left(t\right)\mathrm{dt}$

其中f_i(t)为原始样本，f′_i(t)为去除基线后的修正样本，以f_i(t)1000ns-1200ns时的信号的平均电压作为f_i(t)基线电压的估计，各信号基线电压略有不同。

由于在该实施例的探测过程中，γ射线的探测过程、γ射线能量转化为可见光子的过程、可见光的输运过程、光子转化为电子的过程、以及光子的放大和收集过程究其物理本质都是随机过程，整体上说即使γ射线能量严格一致，光子收集后的放大、维持等电路严格理想，探测到的信号也是泊松分布，不为线谱，即所采集到的各个样本之间的能量符合一定的分布而不相等，为了各信号平权，由此对能量进行修正以使之统一。而标准信号的建立是为了建立积分深度表，积分深度表中的任何一个数值代表积分到总能量的百分比，因此该比例是有用的，能量绝对量的大小的定义不影响积分深度表，所以标准信号可以归一到任何能量值，为方便处理，选择能量值为100，归一的方法对于本实施例为：

$f_i^{\mathrm{ii}}\left(t\right)=f_i^{\′}\left(t\right)\×\frac{100}{\underset{0}{\overset{1000}{\∫}}{f}_i^{\′}\left(t\right)\mathrm{dt}}$

其中，f_i ⁱ(t)为去除基线后的样本，f_i ⁱⁱ(t)为去除基线后并归一能量为100的修正样本，同样认为1000ns为积分完全的时间，使原信号除以积分完全的能量，乘以归一化指定的能量，容易验证f_i ⁱⁱ(t)0-1000ns的积分数值为100。

需要说明的是，所述标准波形的优点在于良好的适应了射线探测器所处条件，同时考虑了对脉冲信号上升沿的影响，是符合实际的较理想波形，且适用范围不受限制。另外，此方法所得到的标准波形具有统计意义，对标准波形要求的精度可以随取样值N的增加而不断提升。

以下能量修正表的计算、对脉冲信号的能量判读和校正需要基于该标准波形。

2、获得所述射线探测器的能量修正表

根据上述所获得的标准波形，对该标准波形进行积分(步骤c1)，如图3b中所示。此外，对所述c1)中获得的积分信号进行归一化处理(步骤c2)，且将积分值除以归一化时所采用的脉冲能量，而得到积分深度随时间变化的表，此表示一个标准的积分函数F(t)，其中t为积分时间，所述积分深度为所述积分时间时、所述积分信号与脉冲能量的比例。所述能量修正表的作用在于，对于非堆积信号可以直接进行能量判读，而对于堆积信号可以查询能量修正因子，以修正堆积的积分信号(这将在后面进行详细说明)。图4显示了根据本发明的能量检测方法经过统计之后所获得的标准波形，其中图4中的横轴表示与时间相关的变量，最小时间单位为0.2ns，即图中的5000表示1000ns，纵坐标表示与电压相关的变量。此外，由于所述能量修正表可以被存储在硬件中，从而可以使用硬件的查表技术来很容易实现。

3、对所述射线探测器的非堆积信号进行能量判读

利用上述的能量修正表，对所述非堆积信号进行预定积分时间(T)的积分，以获得积分信号(S)(步骤d1)，图5显示了根据图4的标准波形进行积分所获得的积分信号示意图，其中图5中的横轴表示与时间相关的变量，最小时间单位为0.2ns，即图中的5000表示1000ns，纵坐标表示与电压相关的变量。接着，查询所述能量修正表中与所述预定积分时间(T)相对应的积分深度F(T)(步骤d2)，F(T)是一个固定的修正因子，对于积分到预定时间的信号，采样后除以F(T)即可得到该射线的能量，即将所述积分信号除以所述积分深度，即S÷F(T)，以获得与所述非堆积信号相对应的射线能量(步骤d3)。

4、对堆积信号进行能量判读和校正

如上所述，例如，对于2M/s的碘化钠晶体探头而言，只有小于20％的脉冲没有发生堆积。因此，使用中的射线探测器必须考虑堆积信号的处理问题，如不处理直接判读将导致能谱畸变，如堆积判弃则探测效率会大大下降。射线探测器更高的要求是对堆积信号处理，对堆积的两个信号得到其能量信息，而不是简单的直接判读或抛弃处理。

在本发明的能量检测方法中，对所述堆积信号中的第一个脉冲信号，利用所述能量修正表进行能量修正，以获得所述第一个脉冲信号所对应的射线能量(步骤e1)；以及对所述堆积信号中的第二个脉冲信号，进行第一个脉冲尾部堆积减除处理，以获得所述第二个脉冲信号所对应的射线能量(步骤e2)。

图7a显示了第一个脉冲信号和第二个脉冲信号发生堆积的示意图，所述两个脉冲信号的堆积时刻发生在t时刻，图7b显示了对应于该堆积信号的积分示意图，其中图7b中的第一个脉冲信号的虚线延长部分表示与第二个脉冲信号发生堆积的脉冲尾部部分。

图6显示了模拟该信号堆积所使用的方法。图6a显示了根据本发明的标准波形对堆积信号能量进行校正效果进行模拟验证的设计流程图。首先，从实测数据中建立多个脉冲信号，各脉冲信号进行基线消除，能量归一以形成脉冲信号库。在本发明的一个实施例中，采用了145个信号形成该库。接着，利用所述信号库来随机抽取第一个脉冲信号和第二个脉冲信号，并按照天然放射性核素(本实施例采用实测信号时使用的¹³⁷Cs)的衰减规律抽取两个脉冲信号之间的堆积发生时刻t，且将第二个脉冲信号起点对齐第一个脉冲信号t时刻进行叠加，从而得到2000个堆积信号及其积分信号，其中第一个脉冲信号从脉冲信号库随机抽取的序号统计如图8a中所示，第二个脉冲信号从脉冲信号库随机抽取的序号统计如图8b中所示，图8c显示了两个脉冲信号的波峰之间的时间间隔t(即堆积时刻)的取样统计图，横轴表示与时间相关的变量，最小时间单位为0.2ns，即图中的6000表示1200ns。

需要说明的是，图8a、8b为随机获得的数据，例如可以采用乘同余方法给出的伪随机数，由此可以得到比较符合均匀分布的特点。图8c中所显示的时间间隔呈指数分布，符合天然放射性核素的衰减规律，若该天然放射性核素的衰变规律为：

$f\left(t\right)=e^{\frac{-t}{\mathrm{\τ}}},$

则两次衰变发生的间隔时间t的分布为：

$g\left(t\right)=\frac{1}{\mathrm{\τ}}{e}^{\frac{-t}{\mathrm{\τ}}},$

时刻t的采样被约束在50ns到1000ns之间。对于小于50ns的堆积信号，由于现在的电子学器件多数难以达到如此高的时间识别精度，所以若堆积发生在50ns以内，电子学不会识别出此堆积时间的发生，而作为非堆积事件进行处理，电路上一般使用能窗限制剔除此类堆积，使之不会对能谱造成影响。而对于大于1000ns的堆积信号，可以认为第一个信号的尾部趋于零，可以记入未发生信号堆积的情况，也就是说，在本设计试验中，在第一个脉冲信号到来后50ns-1000ns之间来第二个脉冲信号，是实际情况能够处理并且要处理的范围。

同时，利用该145个信号也可以同时建立如上所述的、根据本发明所需的标准波形(图6a中的虚线部分)。此外，所述脉冲积分信号需要进行如前所述的归一化处理，即将信号库内的脉冲信号的能量进行统一。最后，可以对获得的信号进行判读和修正，从而得到经过标准波形修正的能谱。

图6b显示了根据现有的基于理想的指数模型的堆积信号的校正过程。

进一步地，上述步骤e1进一步包括：对第一个脉冲信号和第二个脉冲信号发生堆叠的时间(t)进行积分(步骤e11)；查询所述能量修正表中与所述堆叠的时间(t)相对应的积分深度F(t)(步骤e12)；以及将所述积分信号除以所述积分深度，以获得与所述第一个脉冲信号相对应的射线能量(步骤e13)。详细而言，如图7a中所示，对于堆积信号可以在一定误差范围内判定堆积开始时刻为t，在t时刻时对积分信号进行采样，得到积分值S1，同时将积分信号置零，从0对堆积后的信号进行积分，在积分到预期的时间T后进行采样，得到积分值S2。堆积中的第一个信号没有积分完全(到T时间)，由此，根据所以根据t进行查表得到t时刻的积分深度F(t)值，使用E1＝S1/F(t)修正，得到完全积分的积分值，作为第一个脉冲信号的能量值。

接着对堆积信号中的第二个脉冲信号进行修正。堆积脉冲中的第二个脉冲信号虽然积分完全，但是由于有第一个信号尾部的叠加，积分信号高于其实际值，如图7b中所示，必须予以减除。

基于修正所述第二个脉冲信号的能量的目的，所述步骤e2进一步包括：对所述第二个脉冲信号积分预定的积分时间(T)，以获得堆积信号(第二个脉冲完整信号，并含第一个脉冲信号的(t)后的尾部)对应的积分信号(Sc)；查询所述能量修正表中与所述预定积分时间(T)相对应的积分深度F(T)；将所述积分信号(Sc)除以所述积分深度F(T)，以获得能量值(Ec)；从所述能量值(Ec)减去所述第一个脉冲信号自堆积时间(t)之后的信号尾部的能量，以获得与所述第二个脉冲信号相对应的射线能量，即E2＝Ec-E1(1-F(t))。

具体而言，堆积发生在t时刻时，第一个脉冲只积分了t时间长度；在t时刻进行积分采样；从表格中得到t时刻的积分深度值F(t)；对采样进行修正；第二个脉冲积分了完整的T时间长度，在T时刻得到采样值；得到第二个脉冲的初始估计值；从表格中得到t时刻的积分深度值F(t)；从存储装置中读出第一个堆积脉冲的能量；用上述两个值估计第一个脉冲对于第二个脉冲的影响从初始估计值中予以减除得到第二个脉冲的最终估计值，即从所述能量值(E2)减去所述第一个脉冲信号自堆积时间(t)之后的信号尾部的能量的步骤包括：

E2＝S2/F(T)-E1×(1-F(t))，其中

E1×(1-F(t))是对第一个信号在第二个积分中混入成分的估算方法。

由此，根据上述校正，并基于实际信号标准波形的积分F(t)，更加符合实际的射线探测，不同于常用的指数积分校正，如图6b中所示，且该方法不需更改硬件，只进行查表的内容更改即可，容易实现。

下面将结合图9来描述本发明的能量检测方法实际应用效果，其中图9a显示了根据本发明的能量检测方法的检测结果，图9b显示了根据现有的理想指数波形而实施的能量检测方法所获得的检测结果。

由图6a所设计的步骤可以看出，由于所述信号库内的脉冲信号能量被归一化为100，由此，如果获得和校正能量的算法精确，得到的能谱将是横坐标位于100，计数为4000的线谱，为排除其他因素对于能谱的影响，在下面的比较试验中只进行理论计算，从而使得只有获得和校正能量的能量检测方法能够影响所获得的能谱的展宽，从而根据展宽的分布来判别本发明的有益效果。

图9为2000个堆积信号(即4000个信号)在进行能量校正后，对4000个能量值进行统计的检测结果。图9a为使用根据本发明的能量检测方法中所使用的标准波形进行校正的结果，图9b为使用根据现有技术中所使用的指数波形进行校正的结果。实验中信号样本库的归一能量值设定为100。如图9a所示，根据本发明的标准波形校正方法下，能量范围为71-130，在100±2.5的范围内的信号数目为1636个，而在如图9b所示的统计结果中，根据现有技术中的指数波形校正方法下，能量范围为46-154，在100±2.5的范围内的信号数目为1344个。两个波形都符合高斯分布基本形状，而根据本发明的标准波形所获得的校正的统计峰更高更瘦，能谱展宽也更小，从而能量分辨率更好。

需要进一步说明的是，本发明的能量检测方法可以进一步地应用到对射线能量精度要求较高的SPECT、PET、能谱仪等射线探测器的射线能量检测中，所述射线可以为γ射线，但是本发明不限于此，所述射线可以为任何需要利用专门的射线探测器进行探测的射线。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1、一种射线探测器的能量检测方法，所述方法包括下述步骤：

a)使用晶体探头探测射线并转换成信号脉冲；

b)基于步骤a)中得到的信号脉冲预定多个非堆积信号，获得所述射线探测器信号脉冲的标准波形；

c)基于所述标准波形，获得所述射线探测器的能量修正表；以及

d)根据所述能量修正表，对所述射线探测器中的非堆积信号进行能量判读，以获得与所述非堆积信号相对应的射线能量。

2、根据权利要求1所述的能量检测方法，进一步包括：

e)根据所述能量修正表，对所述射线探测器中的堆积信号进行能量判读和校正，以分别获得与所述堆积信号相对应的各射线能量。

3、根据权利要求1所述的能量检测方法，其中所述步骤b)进一步包括：

b1)检测预定多个非堆积信号的波形；

b2)对所述波形进行去除基线和能量归一化；以及

b3)对所述去除基线和能量归一化处理后的波形进行加权平均，以获得所述射线探测器信号脉冲的标准波形。

4、根据权利要求1所述的能量检测方法，其中所述步骤c)进一步包括：

c1)对所述标准波形进行积分；

c2)对所述c1)中获得的积分信号进行归一化处理；以及

c3)对归一化处理后的积分信号，获得积分深度随积分时间变化的表，其中所述积分深度为所述积分时间时、所述积分信号与脉冲能量的比例。

5、根据权利要求1所述的能量检测方法，其中所述步骤d)进一步包括：

d1)对所述非堆积信号进行预定积分时间(T)的积分，以获得积分信号(S)；

d2)查询所述能量修正表中与所述预定积分时间(T)相对应的积分深度F(T)；以及

d3)将所述积分信号除以所述积分深度：S/F(T)，以获得与所述非堆积信号相对应的射线能量。

6、根据权利要求2所述的能量检测方法，其中所述步骤e)进一步包括：

e1)对所述堆积信号中的第一个脉冲信号，利用所述能量修正表进行能量修正，以获得所述第一个脉冲信号所对应的射线能量；以及

e2)对所述堆积信号中的第二个脉冲信号判读后，进行第一个脉冲尾部堆积减除处理，以获得所述第二个脉冲信号所对应的射线能量。

7、根据权利要求6所述的能量检测方法，其中所述步骤e1)进一步包括：

e11)在第一个脉冲信号和第二个脉冲信号发生堆叠的时间(t)前，对堆积信号进行积分，得到t时刻的积分信号(S1)；

e12)查询所述能量修正表中与所述堆叠的时间(t)相对应的积分深度F(t)；以及

e13)将所述积分信号除以所述积分深度：S1/F(t)，以获得与所述第一个脉冲信号相对应的射线能量(E1)。

8、根据权利要求7所述的能量检测方法，其中所述步骤e2)进一步包括：

从第一个脉冲信号和第二个脉冲信号发生堆叠的时间(t)时刻起，重新对所述堆积信号积分预定的积分时间(T)，以获得堆积信号对应的积分信号(Sc)；

查询所述能量修正表中与所述预定积分时间(T)相对应的积分深度F(T)；

将所述积分信号(Sc)除以所述积分深度F(T)，以获得混叠能量值(Ec)；

从所述混叠能量值(Ec)减去所述第一个脉冲信号自堆积时间(t)之后的信号尾部的能量：Ec-E1(1-F(t))以获得与所述第二个脉冲信号相对应的射线能量(E2)。

9、根据权利要求1所述的能量检测方法，其中所述晶体探头可由NaI、BGO、LSO、LYSO晶体形成。

10、根据权利要求1所述的能量检测方法，其中所述射线为γ射线。

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