CN104614757B - 一种标定伽马相机中光电转换模块增益的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种标定伽马相机中光电转换模块增益的方法，此方法针对采用如下技术的伽马相机：一整块闪烁晶体(非阵列或切割)耦合光电转换模块阵列。该标定方法包括：闪烁晶体接收准泛场入射的伽马光子转化为可见光光子，光电转换模块接收可见光光子并转换为电信号，由后续电子学处理转换为数字幅度值，对每一路光电转化模块输出信号幅度谱进行分析和特征提取，得到入射伽马光子在光电转换模块中心位置发生光电效应时输出信号幅度期望值；根据输出信号幅度期望值标定每一路光电转换模块的增益。本发明的标定方法不受是否安装准直器限制，不受原有增益设置与实际增益之间误差的影响。本发明还提出一种应用上述标定方法的系统。
Description
技术领域
本发明涉及辐射探测与成像技术领域，特别是涉及采用一整块闪烁晶体耦合多路光电转换模块阵列的伽马相机，及标定其光电转换模块增益的方法，和采用该方法的系统。
背景技术
伽马相机广泛应用于核医学影像领域，例如，伽马相机与单光子发射断层成像设备以及其它辐射探测与成像领域。其中，一种伽马相机通过一整块闪烁晶体，例如碘化钠(NaI(Tl))晶体，将入射的伽马光子转化为可见光子，可见光在闪烁晶体中传播，其中一部分被耦合在闪烁晶体后端的多路(阵列)光电转换模块，例如真空光电倍增管(Photomultiplier),接收并转换成电流脉冲信号然后放大输出，由后续的电子学前置放大电路进一步放大后经模数转换电路采样，输出代表电流脉冲幅度值的数字化信号，根据采样多路光电转换模块输出的数字信号，可以测算出伽马光子与闪烁晶体作用位置以及沉积能量。
伽马相机中的光电转换模块的增益可定义为：输出电流脉冲信号的幅度值与输入的可见光光子数目之间的比例系数。由于光电转换模块的物理特性及生产工艺等原因，不同光电转换模块的增益有较大差别，同一光电模块的增益也会随着时间及工作环境的变化而变化，因此对采用上述技术方案的伽马相机，须定期对光电转换模块增益进行标定，从而保证探测器探测伽马光子的性能指标。
在相关技术中已对光电转换模块增益进行标定的两种主要技术方案进行了介绍，一种是采用LED灯光源发射的光脉冲作为输入，测量输出信号幅度值，由于输入信号比较稳定且一致性好，因此不同光电转换模块或同一模块在不同时间的输出信号幅度值的变化则代表了增益的变化。这种方法的优点是简单、直观，缺点主要有三个，一是LED灯光源的光谱与闪烁晶体的发射光谱并不一致，因此标定的增益值可能不准确；二是这种方法只能在探头非工作状态下进行标定；三是增加LED会影响光电转换模块的整体设计与布局。另一种比较广泛的应用的技术思路是，在原有增益设置的基础上，利用Anger算法等方法计算每个伽马光子与晶体作用位置，当某个伽马光子与晶体之间发生光电效应的作用位置落在光电转换模块中心坐标附近，例如距离<2mm，则将此光电转换模块的输出信号幅度记录在输出信号幅度谱中，对于均匀的整块晶体，在光 电转换模块中心位置发生光电效应的伽马光子产生、与被该模块收集的可见光光子数目的平均值都可认为是一致的，因此这种情况下记录的输出信号幅度谱的峰值正比于该模块的增益值。与第一种方法相比，这种方法的优点是无需额外光源，并且是在探头正常工作状态下进行标定，准确性更高。但是，该方法的缺点是，判断伽马光子的位置需要依赖原有的增益值，当增益变化较大时，需要进行多次迭代标定。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种标定伽马相机中光电转换模块增益的方法，该方法不依懒于原有增益设置值，因此不受原有增益设置与实际增益之间误差的影响，方法简单。
本发明另一个目的在于提出一种使用本发明中标定光电转换模块增益方法的系统。
为达到上述目的，本发明一方面实例提出一种标定伽马相机中光电转换模块增益的方法，其中，所述伽马相机包括一整块闪烁晶体(非阵列或切割)并耦合了光电转换模块阵列，所述方法包括：所述闪烁晶体接收准泛场伽马光子放射源的照射产生可见光光子，所述光电转换模块采集一定数目等效伽马光子所产生的所述可见光光子并输出电信号，后端电子学将所述输出电信号转换为数字幅度值；根据所述数字幅度值得到每一路光电转换模块的输出信号幅度谱；对所述每一路光电转换模块的输出信号幅度谱进行分析和特征提取，以获得入射伽马光子在所述光电转换模块中心位置发生光电效应时的输出信号幅度期望值；以及根据所述输出信号幅度期望值标定对应所述光电转换模块的增益。
根据本发明实施例的标定伽马相机中光电转换模块增益的方法，采用准泛场伽马光子放射源照射闪烁晶体，不需要精确对应位置，操作简单，通过对输出信号幅度谱进行分析和特征提取，以获得入射伽马光子在所述光电转换模块中心位置发生光电效应时的输出信号幅度期望值，进而根据输出信号幅度期望值标定对应光电转换模块的增益，不依赖于原有增益设置值，因此不受到原有增益设置与实际增益之间误差的影响，此外，该标定方法可以在伽马相机处于工作状态时进行。
其中，所述伽马光子放射源及其摆放可由泛场源优化为准泛场源，其中，在所述伽马相机未安装准直器时，采用小体积的伽马光子放射源距离所述伽马相机距离大于1倍伽马相机中伽马探测器最大边长；或者，在所述伽马相机安装准直器时，采用面源形式的伽马光子放射源接近所述伽马探测器前表面，并且不要求面源严格均匀一致。
进一步地，对每一路光电转化模块输出信号幅度谱进行分析和特征提取，得到入射伽马光子在光电转换模块中心位置发生光电效应时输出信号幅度期望值，具体包括：对所述 输出信号幅度谱进行差分计算；以及从最大幅度值开始向低幅度方向搜寻第一个显著区域的差分最小值，并将所述差分最小值对应的信号幅度值作为入射伽马光子在对应光电转换模块中心位置输出信号幅度期望值。
进一步地，根据所述输出信号幅度期望值标定对应所述光电转换模块的增益，具体包括：所述输出信号幅度期望值在扣除等效基线值后正比于所述各路光电转换模块增益差异，通过设置各路信号放大器增益，以标定对应所述光电转换模块本身的增益差异。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出采用上述方面方法的系统，该系统包括：伽马光子放射源，伽马光子放射源及其摆放可由泛场源优化为准泛场源；伽马相机，所述伽马相机包括伽马探测器、后端电子学和数字信号处理器，其中，所述伽马探测器包括一整块闪烁晶体(非阵列或切割)和光电转换模块，所述闪烁晶体接收准泛场伽马光子放射源的照射产生可见光光子，所述光电转换模块采集一定数目等效伽马光子所产生的所述可见光光子并输出电信号；所述后端电子学，用于将所述输出电信号转换为数字幅度值；所述数字信号处理器，以标定采集模式采集所述数字幅度值；数据处理装置，所述数据处理装置根据所述数字幅度值得到每一路光电转换模块的输出信号幅度谱，并对所述每一路光电转换模块的输出信号幅度谱进行分析和特征提取，以获得入射伽马光子在所述光电转换模块中心位置发生光电效应时的输出信号幅度期望值，以及根据所述输出信号幅度期望值标定对应所述光电转换模块的增益。
根据本发明实施例的系统，采用准泛场伽马光子放射源照射闪烁晶体，不需要精确对应位置，操作简单，通过数据处理器对输出信号幅度谱进行分析和特征提取，以获得入射伽马光子在所述光电转换模块中心位置发生光电效应时的输出信号幅度期望值,进而根据输出信号幅度期望值标定对应光电转换模块的增益，不依赖于原有增益设置值，因此不受到原有增益设置与实际增益之间误差的影响，此外，该设备对光电转换模块增益进行标定时，不影响伽马相机的正常工作。
其中，在所述伽马相机未安装准直器时，采用小体积的伽马光子放射源距离所述伽马相机中伽马探测器距离大于1倍所述伽马探测器最大边长；或者，在所述伽马相机安装准直器时，采用面源形式的伽马光子放射源接近所述伽马探测器前表面，并且不要求面源严格均匀一致。
进一步地，所述数据处理装置还用于对所述输出信号幅度谱求差分，从最大幅度值开始向低幅度方向搜寻以获得第一个显著区域的差分最小值，以将所述差分最小值对应的信号幅度值作为入射伽马光子在对应光电转换模块中心位置发生光电效应时，光电转换模块输出的信号幅度期望值。
进一步地，所述输出信号幅度期望值在扣除等效基线值后正比于所述各路光电转换模 块增益差异，所述数据处理装置还用于设置各路信号放大器增益，以标定对应所述光电转换模块本身的增益差异。
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
本发明上述的和/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为根据本发明的一个实施例的标定伽马相机中光电转换模块增益的方法的流程图；
图2中(a)和(b)为根据本发明的一个实施例的伽马光子放射源与伽马探测器及放置方式的示意图；
图3为根据本发明的一个具体实施例的伽马相机中电子学数据采集与处理架构和流程示意图；
图4中(1)和(2)为根据本发明的另一个具体实施例的获得信号幅度谱及对其求差分后的谱线示意图；
图5为根据本发明的一个具体实施例的光电转换模块收集可见光子几何模型以及坐标系定义示意图；
图6中的(a)(b)(c)和(d)为根据本发明另一个具体实施例的提取光电转换模块的输出信号幅度期望值的示意图；以及
图7为根据本发明的一个实施例的采用图2所示标定伽马相机中光电转换模块增益的方法的系统的框图。
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。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人 员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
针对相关技术中，对伽马相机中光电转换模块增益进行标定时，需要依赖原有的增益值，本发明实施例的标定方法和标定设备的基本思路为：在输入信号的选择上与相关技术中类似，即利用当单能伽马光子在整块均匀晶体对应光电转换模块中心位置发生光电效应时，被该光电转换模块采集的可见光光子平均数作为输入，但是，在本发明实施例中，对光电转换模块的输出信号进行处理，即对单个光电转换模块输出所有信号的幅度谱进行分析，提取特征数据，得到对应前述输入信号的输出信号幅度值，进而标定光电转换模块的增益。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的标定伽马相机中光电转换模块增益的方法和采用该方法的系统。
首先对本发明实施例的标定伽马相机中光电转换模块增益的方法进行说明。其中，伽马探测器采用一整块闪烁晶体(非阵列或切割)并耦合了光电转换模块阵列。
图1是根据本发明的一个实施例的标定伽马相机中光电转换模块增益的方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
S1，在泛场源条件下，按标定采集模式采集一定数目的等效伽马光子以获得原始数据。
首先，对准泛场源的定义进行解释，在核医学领域，泛场源的定义是指伽马光子均匀照射到伽马相机表面。当伽马相机未安装准直器时，可用如下方式精确达到泛场源的条件：采用点源照射，点源距离伽马相机的探测器平面距离大于5倍探测器的最大边长，同时点源与伽马相机视野中心连线垂直于探测器平面；当伽马相机安装平行孔准直器时，采用均匀平面源进行照射，均匀平面源紧贴准直器前端可认为是对泛场源的近似。
在本发明的实施例中，采用准泛场伽马光子放射源对伽马相机进行照射，其中，以伽马相机有无准直器两种情况进行说明，两种典型的伽马光子放射源及其放置方式如图2中(a)和(b)所示，在本发明的实施例中，不需要照射至伽马相机表面的伽马光子分布严格均匀一致，只需要近似一致或者变化较缓慢即可，所以引入准泛场源的概念。
其中，如图2(a)所示，在伽马相机中未安装准直器时，可采用小体积的伽马光子放射源距离伽马相机中伽马探测器距离大于1倍伽马探测器最大边长，例如，将小体积的放射源放置于一面开口的铅或其他重金属制成的容器内，可以认为，采用的伽马光子放射源为点源，点源与伽马探测器的平面距离大于1倍的所述伽马相机的最大边长，且点源与伽马相机视野中心连线垂直于伽马相机平面。
如图2(b)所示，在伽马相机中安装准直器时，采用面源形式的伽马光子放射源接近探测器前表面，并且不要求面源严格均匀一致。
在满足上述放射源设置的条件下，闪烁晶体接收准泛场伽马光子放射源的照射产生可见光光子，光电转换模块采集一定数目等效伽马光子所产生的可见光光子并输出电信号，进而后端电子学将输出电信号转换为数字幅度值。
具体地，在准泛场放射源照射的条件下，如图3所示，多路光电转换模块，例如光电转换模块1…光电转换模块i…光电转换模块N，接收可见光光子并转换成电流脉冲信号然后放大输出，由后续的信号放大器进行进一步放大后经模数转换模块采样，输出代表电流脉冲幅度值的数字化信号，根据采样多路光电转换模块输出的数字信号，可以测算出伽马光子与闪烁晶体作用位置以及沉积能量。在标定采集模式下采集原始数据达到等效伽马光子数目累计不小于一定数目值例如不小于5000万。此处原始数据的定义是每一路光电转换模块输出信号经放大、模数转换后的数字幅度值以及其时间信息。在本发明的实施例中，针对的伽马探测器以及相应数据采集电子学，可以包括两种工作模式，如图3所示，其中，正常工作模式是通用的数据采集架构与流程，而实现标定采集模式只需在数字信号处理器部分的处理与数据通讯程序做简单的变更即可实现。目前，相关产品中大多数已具备类似的标定采集模式的功能，在这里不再赘述。
S2，处理原始数据，根据数字幅度值得到每一路光电转换模块的输出信号幅度谱。
具体地，如图4(1)所示，为采用图2(b)中的放置方式采集得到的每一路光电转换模块输出的信号幅度谱，其中，横坐标为输出信号幅度即数字幅度值，纵坐标为对应不同幅度信号的计数。
S3，对每一路光电转换模块的输出信号幅度谱进行分析和特征提取，以获得入射伽马光子在光电转换模块中心位置发生光电效应时的输出信号幅度期望值。
具体地，对输出信号幅度谱进行差分计算，例如从最大幅度值向低幅度值方向搜寻第 一个显著的区域最小值，获得第一个显著区域的差分最小值，并将差分最小值对应的信号幅度值作为入射伽马光子在对应光电转换模块中心位置发生光电效应时，光电转换模块输出的信号幅度期望值。如图4(2)所示，为对图4(1)中信号幅度谱得到的区间最小值，此差分最小值对应的信号幅度值即对应伽马光子与光电转换模块中心位置所在晶体发生光电效应作用的条件下，即如图5所示的可见光子收集集合模型以及坐标系定义示意图中，在r＝0的位置，该光电转换模块的输出信号幅度期望值，对输出信号幅度期望值的计算过程将在下面进行详细说明。
S4，根据输出信号幅度期望值标定对应光电转换模块的增益。
本发明实施例的标定方法中，伽马相机中的伽马探测器采用整块均匀闪烁晶体，因此当入射的伽马光子在光电转换模块中心位置与闪烁晶体发生光电效应时，各光电转换模块理论上接收到的可见光光子数期望值是相同的，输出信号幅度期望值在扣除等效基线值后正比于各路光电转换模块(包含后续信号放大器)增益差异。
另外，由于信号放大器本身的增益是可调，因此可以通过设置各路信号放大器一致增益的手段，标定各路光电转换模块本身的增益差异。标定结果可以用于更新数字信号处理器的相应参数文件，如图3中的参数设置流程，或更新信号放大器的增益补偿设置，从而实现各路光电转换模块的增益一致性校正。
概括地说，本发明实施例的标定方法，利用入射伽马光子能量恒定以及可见光在整块均匀闪烁晶体中扩散传播的特性，对满足一定计数条件的单个光电转换模块输出信号能谱进行数据拟合分析，从而计算出其增益系数。与已有方法相比，本方法无需预先知道单个光电转换模块的增益系数的大致范围以及光电转换模块相对于闪烁晶体的精确位置。
下面对提取光电转换模块的输出信号幅度期望值的过程进行详细说明。
以均匀泛场源照射伽马相机，选定待标定的光电转换模块i，定义入射伽马光子能量为E0，对伽马光子转化为电信号输出的过程建立如下模型：
a)在一定能量范围内，闪烁晶体发出的可见光光子数目N正比于入射伽马光子沉积能量E，比例系数定义为α，即N＝αE。
b)光电转换模块接收到的可见光光子数目等于总可见光子数目乘以收集效率函数f(r,θ，z)，其中，(r,θ,z)表示伽马光子与闪烁晶体作用位置在以光电转换模块中心为原点的坐标系坐标，如图5所示，f(r,θ,z)可以用带经验参数的立体角模型精确描述，即，收集效率正比于光电转换模块有效光收集面(与闪烁晶体后表面平行)对伽马光子与闪烁晶体作用位置张开的立体角。由于可见光子在闪烁晶体内传播的物理过程比较复杂，因此需要调节经验参数以符合实验数据。对于临床通用大视野的伽马相机，光电转换模块通常为圆型真空光电倍增管，考虑圆对称性，f(r,θ,z)可忽略θ维 度，当闪烁晶体厚度较小，如为9.5mm情况时，收集效率对z不敏感，因此可假定所有光子均与闪烁晶体作用在同一平面上。f(r,θ,z)可简化为f(r)。此时引入如下经验参数：光电管有效收集面半径r0以及伽马光子与闪烁晶体平均作用平面到光电管有效收集面距离d。
根据参考文献(F.Paxton“Solid angle calculation for a circular disk”,The review of scientific instrument，圆盘对应立体角计算，科学仪器评论)，收集效率的立体角模型可做如下描述：
其中：
K(k)为第一类完全椭圆积分，Π(m,k)为第三类完全椭圆积分。
c)在一定信号幅度范围内，光电转换模块输出的信号幅度p正比于接收到可见光光子数目，比例系数为v；
基于以上数学模型，光电转换模块输出电信号幅度与伽马光子沉积能量之间关系如下：
p＝vNf(r)＝vαEf(r) (5)
暂时忽略康普顿效应以及光电转换过程中的随机效应，因此有伽马光子沉积的能量等于入射光子能量，即E＝E0，后续讨论过程中增加随机效应的数学描述，并讨论忽略康普度效益对本推导过程严密性的影响。
由公式(1)可以推导出f(r)是r的单调递减函数。因此定义某个非0信号幅度出现的概率密度h(p)，则有：
因此，当
引入可见光光子数目统计涨落作为光电转换过程中的主要随机效应，并假设其涨落符合方差等于均值的高斯模型时，忽略电子学噪声，定义非0信号幅度出现的概率密度ht(p)，则有：
对公式8求导，得到
将上述数学、物理模型应用到方法验证中。方法采用的晶体为9.5mm厚度NaI(Tl)晶体耦合真空光电倍增管阵列(3英寸直径的光电管为主)。用笔形束准直源垂直探测器前表面不同位置入射以近似伽马光子与不同位置晶体作用，同时采集记录各路光电管的输出信号幅度数字值，将公式(1)与上述数据拟合，得到函数f(r)的相关经验参数r0＝33mm，d＝35mm。拟合效果如下图6(a)。根据拟合得到的f(r)，不失一般性可令v＝1，根据经验选择，365<p0<465,针对不同p0,计算h(p)如下图6(b),h't(p)如下图6(c)，从图6可以看出，在p0附近存在区域最小值pe。在不同p0条件下，两者之间的关系如下表1。
表1、r0＝33mm，d＝35mm条件下，当p0不同，数值模拟得出的pe值
| p0 | 375 | 395 | 415 | 435 | 455 |
| pe | 375 | 395 | 415 | 435 | 455 |
| 误差(％) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
参照上述表1，如图6所示，其中，(a)、通过公式(1)获得f(r)参数，在优化后与实验数据拟合结果；(b)、根据f(r)，选定不同的p0，数值模拟计算得到h(p)函数；(c)、根据f(r)，选定不同的p0，数值模拟计算得到h't(p)函数；(d)、h't(p)函数在p0附近的区域最小值。综上所述，根据本发明实施例的标定伽马相机中光电转换模块增益的方 法，采用准泛场伽马光子放射源照射闪烁晶体，不需要精确对应位置，操作简单，通过对输出信号幅度谱进行分析和特征提取，以获得入射伽马光子在所述光电转换模块中心位置发生光电效应时的输出信号幅度期望值，进而根据输出信号幅度期望值标定对应光电转换模块的增益，不依赖于原有增益设置值，因此不受到原有增益设置与实际增益之间误差的影响，此外，该标定方法可以在伽马相机处于工作状态时进行。
为实现上述实施例，本发明另一方面实施例提出一种采用上述方面实施例所述方法的系统。
图7为根据本发明的一个实施例的采用上述标定伽马相机中光电转换模块增益的方法的系统的框图。如图7所示，系统1000包括伽马相机100、伽马光子放射源200和数据处理装置300。
其中，伽马相机100包括伽马探测器10、后端电子学20和数字信号处理器30，进一步地，伽马探测器10包括一整块闪烁晶体11(非阵列或切割)和光电转换模块12，闪烁晶体11接收准泛场伽马光子放射源200的照射产生可见光光子，闪烁晶体11耦合多路光电转换模块12阵列，光电转换模块12采集一定数目等效伽马光子所产生的可见光光子并输出电信号。
伽马光子放射源200及其摆放可由泛场源优化为准泛场源。首先，对准泛场源的定义进行解释。在核医学领域，泛场源的定义是指伽马光子均匀照射到伽马相机100表面。当伽马相机100未安装准直器时，可用如下方式精确达到泛场源的条件：采用点源照射，点源距离伽马相机100平面距离大于5倍探测器的最大边长，同时点源与伽马相机100视野中心连线垂直于探测器平面；当伽马相机100安装平行孔准直器时，采用均匀平面源进行照射，均匀平面源紧贴准直器前端可认为是对泛场源的近似。
在本发明的实施例中，采用准泛场伽马光子放射源200对伽马相机进行照射，其中，以伽马相机100有无准直器两种情况进行说明，两种典型的伽马光子放射源200及其放置方式如图2中(a)和(b)所示，在本发明的实施例中，不需要照射至伽马相机100表面的伽马光子分布严格均匀一致，只需要近似一致或者变化较缓慢即可，所以引入准泛场源的概念。
其中，如图2(a)所示，在伽马相机100中未安装准直器时，可采用小体积的伽马光子放射源200距离伽马相机100中伽马探测器10距离大于1倍伽马探测器10最大边长，例如，将小体积的放射源放置于一面开口的铅或其他重金属制成的容器01内，可以认为，采用的伽马光子放射源200为点源，点源与伽马探测器10的平面距离大于1倍的伽马探测器10的最大边长，且点源与伽马相机100视野中心连线垂直于伽马相机10平面。
如图2(b)所示，在伽马相机100中安装准直器16时，采用的伽马光子放射源200 为面源形式，面源接近伽马相机100的前表面，例如，采用面源形式的伽马光子放射源200接近伽马探测器10前表面，并且不要求面源严格均匀一致。
后端电子学20例如可以包括信号放大器02和模数转换模块03。后端电子学20将输出电信号转换为数字幅度值。具体地，在准泛场放射源照射的条件下，如图3所示，多路光电转换模块12例如光电转换模块1…光电转换模块i…光电转换模块N，接收可见光光子并转换成电流脉冲信号然后放大输出，由后续的信号放大器02进行进一步放大后经模数转换模块03采样，输出代表电流脉冲幅度值的数字化信号，根据采样多路光电转换模块12输出的数字信号，可以测算出伽马光子与闪烁晶体11作用位置以及沉积能量。进而数字信号处理器30在标定采集模式下采集原始数据达到等效伽马光子数目累计不小于一定数目值例如不小于5000万。此处原始数据的定义是每一路光电转换模块12输出信号经放大、模数转换后的数字幅度值以及其时间信息。在本发明的实施例中，针对的伽马探测器10以及相应数据采集电子学，可以包括两种工作模式，如图3所示，其中，正常工作模式是通用的数据采集架构与流程，而实现标定采集模式只需在数字信号处理器30部分的处理与数据通讯程序做简单的变更即可实现，目前，相关产品中大多数已具备类似的标定采集模式的功能，在这里不再赘述。
进而，数据处理装置300根据数字幅度值得到每一路光电转换模块12的输出信号幅度谱。具体地，如图4(1)所示，为采用图2(b)中的放置方式采集得到的每一路的光电转换模块12输出的信号幅度谱，其中，横坐标为输出信号幅度即数字幅度值，纵坐标为对应不同幅度信号的计数。
数据处理装置300对每一路光电转换模块12的输出信号幅度谱进行分析和特征提取，以获得入射伽马光子在光电转换模块12中心位置发生光电效应时的输出信号幅度期望值。具体地，数据处理装置300对输出信号幅度谱进行差分计算，例如，从最大幅度值向低幅度值方向搜寻第一个显著的区域最小值，获得第一个显著区域的差分最小值，并将差分最小值对应的信号幅度值作为入射伽马光子在对应光电转换模块12中心位置发生光电效应时，光电转换模块12输出的信号幅度期望值。如图4(2)所示，为对图4(1)中信号幅度谱得到的区间最小值，此差分最小值对应的信号幅度值即对应伽马光子与光电转换模块12中心位置所在晶体发生光电效应作用的条件下，即如图5所示的可见光子收集几何模型以及坐标系定义示意图中，在r＝r0＝0的位置，该光电转换模块12的输出信号幅度期望值，
进而，数据处理装置300根据输出信号幅度期望值标定对应光电转换模块12的增益。具体地，数据处理装置300将某一常数除以输出信号幅度期望值与等效基线值的差，从而获得对应光电转换模块12的增益标定值。
本发明实施例的标定系统中，伽马相机100中的伽马探测器10采用整块均匀闪烁晶体11，因此当入射的伽马光子在光电转换模块12中心位置与闪烁晶体11发生光电效应时，各光电转换模块12理论上接收到的可见光光子数期望值是相同的，输出信号幅度期望值的差异(扣除无信号输入时的电子学基线值)则正比于各路光电转换模块12(包含后续信号放大器)的增益差异。
另外，由于信号放大器02本身的增益是可调的，因此可以通过设置各路信号放大器02一致增益的手段，标定各路光电转换模块12本身的增益差异。标定结果可以用于更新数字信号处理器30的相应参数文件，如图3中的参数设置流程，或更新信号放大器02的增益补偿设置，从而实现各路光电转换模块12的增益一致性校正。
根据本发明实施例的采用上述方面的标定伽马相机中光电转换模块增益的方法的系统，采用准泛场伽马光子放射源照射闪烁晶体，不需要精确对应位置，操作简单，通过数据处理器对输出信号幅度谱进行分析和特征提取，以获得入射伽马光子在所述光电转换模块中心位置发生光电效应时的输出信号幅度期望值,进而根据输出信号幅度期望值标定对应光电转换模块的增益，不依赖于原有增益设置值，因此不受到原有增益设置与实际增益之间误差的影响，此外，该设备对光电转换模块增益进行标定时，不影响伽马相机的正常工作。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行 处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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限定。
Claims (8)
1.一种标定伽马相机中光电转换模块增益的方法，其特征在于，所述伽马相机包括一整块闪烁晶体(非阵列或切割)并耦合了光电转换模块阵列，所述方法包括：
所述闪烁晶体接收准泛场伽马光子放射源的照射产生可见光光子，所述光电转换模块采集一定数目等效伽马光子所产生的所述可见光光子并输出电信号，后端电子学将所述输出电信号转换为数字幅度值，其中，所述准泛场指所述伽马光子放射源照射至所述伽马相机表面的伽马光子的分布近似一致或者变化较缓慢；
根据所述数字幅度值得到每一路光电转换模块的输出信号幅度谱；
对所述每一路光电转换模块的输出信号幅度谱进行分析和特征提取，以获得入射伽马光子在所述光电转换模块中心位置发生光电效应时的输出信号幅度期望值；以及
根据所述输出信号幅度期望值标定对应所述光电转换模块的增益。
2.如权利要求1所述的标定伽马相机中光电转换模块增益的方法，其特征在于，所述伽马光子放射源及其摆放由泛场源优化为准泛场源，其中，
在所述伽马相机未安装准直器时，采用小体积的伽马光子放射源距离所述伽马相机中伽马探测器距离大于1倍所述伽马探测器最大边长；或者，
在所述伽马相机安装准直器时，采用面源形式的伽马光子放射源接近所述伽马探测器前表面，并且不要求面源严格均匀一致。
3.如权利要求1所述的标定伽马相机中光电转换模块增益的方法，其特征在于，对每一路光电转化模块输出信号幅度谱进行分析和特征提取，得到入射伽马光子在光电转换模块中心位置发生光电效应时输出信号幅度期望值，具体包括：
对所述输出信号幅度谱进行差分计算；以及
从最大幅度值开始向低幅度方向搜寻以获得第一个显著区域的差分最小值，并将所述差分最小值对应的信号幅度值作为入射伽马光子在对应光电转换模块中心位置发生光电效应时，光电转换模块输出的信号幅度期望值。
4.如权利要求1所述的标定伽马相机中光电转换模块增益的方法，其特征在于，根据所述输出信号幅度期望值标定对应所述光电转换模块的增益，具体包括：
所述输出信号幅度期望值在扣除等效基线值后正比于所述各路光电转换模块增益差异，通过设置各路信号放大器增益，以标定对应所述光电转换模块本身的增益差异。
5.一种采用如权利要求1所述方法的系统，其特征在于，包括：
伽马光子放射源，所述伽马光子放射源及其摆放由泛场源优化为准泛场源，其中，所述准泛场指所述伽马光子放射源照射至所述伽马相机表面的伽马光子的分布近似一致或者变化较缓慢；
伽马相机，所述伽马相机包括伽马探测器、后端电子学和数字信号处理器，其中，
所述伽马探测器包括一整块闪烁晶体(非阵列或切割)和光电转换模块，所述闪烁晶体接收准泛场伽马光子放射源的照射产生可见光光子，所述光电转换模块采集一定数目等效伽马光子所产生的所述可见光光子并输出电信号；
所述后端电子学，用于将所述输出电信号转换为数字幅度值；
所述数字信号处理器，以标定采集模式采集所述数字幅度值；
数据处理装置，所述数据处理装置根据所述数字幅度值得到每一路光电转换模块的输出信号幅度谱，并对所述每一路光电转换模块的输出信号幅度谱进行分析和特征提取，以获得入射伽马光子在所述光电转换模块中心位置发生光电效应时的输出信号幅度期望值，以及根据所述输出信号幅度期望值标定对应所述光电转换模块的增益。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，其中，
在所述伽马相机未安装准直器时，采用小体积的伽马光子放射源距离所述伽马相机中伽马探测器距离大于1倍所述伽马探测器最大边长；或者，
在所述伽马相机安装准直器时，采用面源形式的伽马光子放射源接近所述伽马探测器前表面，并且不要求面源严格均匀一致。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述数据处理装置还用于对所述输出信号幅度谱求差分，从最大幅度值开始向低幅度方向搜寻以获得第一个显著区域的差分最小值，以将所述差分最小值对应的信号幅度值作为入射伽马光子在对应光电转换模块中心位置发生光电效应时，光电转换模块输出的信号幅度期望值。
8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述输出信号幅度期望值在扣除等效基线值后正比于所述各路光电转换模块增益差异,所述数据处理装置还用于设置各路信号放大器增益，以标定对应所述光电转换模块本身的增益差异。
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