CN109507714B - 一种探测器增益状态快速判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种探测器增益状态快速判断方法。探测器增益状态快速判断方法，是对多路输入的位置灵敏探测器的二维位置影像中的探测器固定位置区域的事件进行累积能谱，得到多路探测器位置对应的发光能谱峰位；通过能谱的能峰的位置来确定各通路的平衡状态；若能峰各区域能谱峰位越接近，则各路信号的增益越接近平衡。本发明在测试数据采集完时即可判断出PET探测器的光电倍增管是否平衡的结论，无须重新检索数据，减少了数据分析处理环节，提高了效率。

Description

一种探测器增益状态快速判断方法

技术领域

本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种探测器增益状态快速判断方法。

背景技术

一个复杂的探测器阵列，当用到多个光电传感器通路时，各通路的增益平衡状态(即一致的状态)，决定了探测器的综合性能。比如，一种由四支光电倍增管构成的PET探测器，四路光电倍增管输出增益平衡，探测器性能可以提高到最佳状态，提高整个PET系统的有效计数率和时间分辨等关键性能。

光电传感器，如光电倍增管、SiPM等，它们的光电转换效率和信号的放大差异，导致各通路增益不同。一般可通过调节工作电压，如对应光电倍增管的供电电压方式，或者调节后续电子学线路的放大器放大增益倍数，来保证通路的输出增益平衡。

由于PET探测器结构决定，不同位置产生的信号光，通过光导进行分光后进入四个光电倍增管的光强度是不等的，所以单纯靠比较四路信号输出大小的方式，无法判断四路增益是否一致。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的无法判断各路增益是否一致技术问题，本发明提供一种探测器增益状态快速判断方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种探测器增益状态快速判断方法，其中：

对多路输入的位置灵敏探测器的二维位置影像中的探测器固定位置区域的事件进行累积能谱，得到多路探测器位置对应的发光能谱峰位；

通过能谱的能峰的位置来确定各通路的平衡状态；

若能峰各区域能谱峰位越接近，则各路信号的增益越接近平衡。

优选的，灵敏区域指的是晶条二维位置影像上的固定区域，对应于探测器光电灵敏区域；

根据探测器上光电转换器件的数量对应二维位置影像中的探测器固定位置区域的数目；

光电转换器件包括光电倍增管或SiPM；

每一个固定区域的中心对应其所在的探测器中心。

优选的，固定区域为圆形、矩形或多边形。

优选的，固定区域的大小与光电器件的灵敏区域一致，实践中也与放射源强度、测试时间呈反比。

优选的，优化选取固定区域以适应探测器设计的二维位置影像的动态范围。

优选的，探测器包括4只光电倍增管，该探测器晶条二维位置影像，是根据如下公式得到：

A、B、C和D分别对应探测器的四支光电倍增光测量得到的信号；A+B+C+D代表四路信号加合值，即能量大小。

优选的，当4只光电倍增管的探测器某一角增益偏大时，晶条二维位置的影像范围会偏向该角。

优选的，当4只光电倍增管的探测器某一角增益偏小时，晶条二维位置的影像范围会向其它角偏移。

优选的，当各区域能谱中的能峰位置不同时，根据各区域能谱峰位的量化测量值获得增益平衡时各信号路所需的补偿量；

根据得到的各路所需的补偿量，采用光电转换器件的工作电压或者电子学放大电路的放大系数对探测器的增益平衡进行校正。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明提供的探测器增益状态快速判断方法，在测试数据采集完时即可判断出PET探测器的光电倍增管是否平衡的结论，无须重新检索数据，减少了数据分析处理环节，提高了效率。

附图说明

图1本发明具体实施方式提供的探测器增益状态快速判断方法的流程图；

图2本发明具体实施方式提供的四角完全平衡探测器晶条二维位置影像和四角固定范围内晶条发光能谱；

图3本发明具体实施方式提供的B角增益偏大探测器晶条二维位置影像和四角固定范围内晶条发光能谱；

图4本发明具体实施方式提供的C角增益偏小探测器晶条二维位置影像和四角固定范围内晶条发光能谱；

图5本发明具体实施方式提供的某探测器初始状态与调平状态。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如1所示，在本实施方式中提供了一种探测器增益状态快速判断方法，包括以下步骤：

对多路输入的位置灵敏探测器的二维位置影像中的探测器固定位置区域的事件进行累积能谱，得到多路探测器位置对应的发光能谱峰位；

通过能谱的能峰的位置来确定各通路的平衡状态；

若能峰各区域能谱峰位越接近，则各路信号的增益越接近平衡。

灵敏区域指的是晶条二维位置影像上的固定区域，对应于探测器光电灵敏区域；

根据探测器上光电转换器件的数量对应二维位置影像区域的数目；

光电转换器件可以是光电倍增管、SiPM等；

每一个固定区域的中心对应其所在的探测器中心。

为了对上述方法进行详细的说明，在本实施方式中，以四路光电倍增管的探测器为例进行详细的说明：

对于四路光电倍增管探测器得到判断结果的过程是：预采集数据并分析数据，确定固定区域位置；再应用该固定区域对大量同类型的探测器进行在线数据采集和分析，确定该探测器的平衡状态，计算补偿量；补偿使各探测器通道增益平衡。

其中，数据的采集过程为：采用Ge源照射PET探测器晶体阵列，实时采集各路光电倍增管的探测信号。预采集完毕后，数据分析得到探测器的晶条的二维位置影像，然后根据晶条二维位置影像框选出四个固定区域的位置；

将固定的区域置于在线分析采集程序中，在数据采集的同时，把各个固定区域内的事件加合信号累积成能谱，最后得到对应四路的发光能谱峰位，根据峰位判断当前探测器增益平衡状态，如果四路不平衡则适当调整四路增益，再次测量判断探测器增益状态，直到达到补偿平衡。

对于PET系统中，则是几十至上百个探测器需要同时获得是否增益平衡，获得补偿数据。根据在线获取数据对每个探测器四路增益状态进行判断，根据增益状态调节所有探测器每路放大器增益，使所有探测器每一路增益都能够达到一个相同一致的平衡状态。所以对于PET系统则需要一种相对更快捷有效的方法去判断探测器增益状态。

固定区域的选取方式为：

理想状态下的探测器，晶体阵列发光完全一致，各通路光电倍增管增益完全一致，这样理想情况下晶体阵列测量得到的晶条二维位置影像也是一个对称理想分布状态，可以对每个PMT(光电倍增管)相关的位置设定一个固定区域。

晶条二维位置影像是欧拉公式获得的，对于4只光电倍增管公式写成：

其中，A、B、C和D分别对应四支光电倍增光测量得到的信号；A+B+C+D代表四路信号加合值，即能量大小。

根据理想晶条二维位置影像将图像平均分为对称的四个象限，在四个象限以象限中心为圆心，圈画一个固定区域，如图2左图所示。圈内所有事件点的加合累谱，因为四角增益相同，四条能谱几乎完全重合，如图2右图所示。

选择固定位位置区域原则：

1、固定范围圈选可以是圆形、方形、或其他任意形状。但是必须保证四角圈出的固定范围形状是完全镜像对称等大的。

2、固定范围圈选的面积大小的选择与实际的光电倍增管灵敏取大小一致，实际测试中为获得合适的统计量，面积大小的选择与放射源强度以及测试时间要求相关。系统级测试放射源距离相对较远较弱，每个探测器单位时间采集的事例数更少，每根单独晶条上的统计计数很少，减少统计上的误差，将更多晶条一起统计，可以降低统计量不足带来的对光电倍增管增益判断的影响，同时还可以降低晶条发光谱随机偏高或偏低对光电倍增管增益判断的影响。

3、光电倍增管距离对应的固定区域越近，该光电倍增管增益影响越显著，反之距离越远，影响越小。所以为了突出四个光电倍增管差异，减少其他光电倍增管的影响，固定范围选取适当选择靠近四角晶体。

4、晶条二维位置影像的动态范围太大和太小都可能影响分析结果。通过优化选取固定位置区域适应探测器设计的二维位置影像的动态范围，使其选取的区域位置正对光电倍增管对应晶条对应的位置，以适应于同一设计的诸多探测器。

增益的不平衡会体现到晶条二维位置影像的对称性、影响PET成像系统的位置定位精度。当探测器某一角增益偏大时，根据公式，晶条二维位置影像范围会向该角偏，固定范围内圈入的晶条更靠内圈，而其余几个角固定范围圈入的晶条更多会靠外圈。对于平衡状态，更多的对称地靠近光电倍增管中心的晶晶条进入固定范围。根据理想探测器结构，外圈晶体发光能谱峰位低于内圈，所以增益大角的固定范围内圈入所有点原本的加合峰位就会大于其他角，再加上该路本身的偏大增益，固定范围内点累谱，该路的加合峰就会大于其他路峰位。如图3所示，B角增益偏高，右图中B路峰位偏高，左图中的晶条二维位置影像A、C和D三个象限点向B象限挤压，B角固定范围内的点是更偏向晶体阵列中心的点。

当探测器某一角增益偏小时，该角的晶条二维位置影像范围会向其他三个方向推挤，固定范围内圈入的晶条比平衡状态会更靠外圈，所以增益小角的固定范围内圈入所有点原本的加合峰位就会小于其他角，再加上该路本身的偏小增益，固定范围内点累谱，该路的加合峰就会小于其他路的峰位。如图4所示，该探测器C角增益偏高，左图中的晶条二维位置影像中C象限向A、B和D三个象限挤压，C角固定范围内的点是更偏向晶体阵列外圈的点，右图中C路峰位偏低，由于固定位置圈入的点的数量也比其他路少，所以可以看到峰高也比其他路低，也就数计数少。

晶条二维位置影像的这种形变，并不足以影响通过峰位判断平衡状态，但会影响平衡矫正补偿值的线性度。

增益的平衡状态灵敏地体现在所累的能谱的能峰上，能峰位置不一样即不平衡，峰位的量化测量值可以估计平衡所需的增益的补偿量的大小。并把补偿量通过光电转换器件的工作电压或者通路的电子学放大电路的放大系数进行校正。图5左图为探测器初始晶条二维位置影像，根据快速判断探测器增益状态的方法判断四角增益值，其C角增益较低，把增益值带入经验公式计算放大器增益调整值，按计算值调整四路放大器增益后，该探测器四路平衡，四路平衡后的晶条二维位置影像如图5右图。通过经验公式可以减少晶条二维位置影像形变的影响，补偿其非线性，同时，通过适当的补偿量的迭代，即再次确认或矫正的方法逼近平衡状态。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种探测器增益状态快速判断方法，其特征在于：

对多路输入的位置灵敏探测器的二维位置影像中的探测器固定位置区域的事件进行累积能谱，得到多路探测器位置对应的发光能谱峰位；

通过能谱的能峰的位置来确定各通路的平衡状态；

若能峰各区域能谱峰位越接近，则各路信号的增益越接近平衡；

灵敏区域指的是晶条二维位置影像上的固定区域，对应于探测器光电灵敏区域；

根据探测器上光电转换器件的数量对应二维位置影像中的探测器固定位置区域的数目；

光电转换器件包括光电倍增管或SiPM；

每一个固定区域的中心对应其所在的探测器中心。

2.根据权利要求1所述的探测器增益状态快速判断方法，其特征在于，固定区域为圆形、矩形或多边形。

3.根据权利要求1所述的探测器增益状态快速判断方法，其特征在于，固定区域的大小与光电器件的灵敏区域一致，固定区域的大小放射源强度、测试时间呈反比。

4.根据权利要求1所述的探测器增益状态快速判断方法，其特征在于，固定区域能谱峰位的异常会导致位置二维图像的变化。

5.根据权利要求1所述的探测器增益状态快速判断方法，其特征在于，优化选取固定区域以适应探测器设计的二维位置影像的动态范围。

6.根据权利要求1所述的探测器增益状态快速判断方法，其特征在于，探测器包括4只光电倍增管，该探测器晶条二维位置影像，是根据如下公式得到：

A、B、C和D分别对应探测器的四支光电倍增光测量得到的信号；A+B+C+D代表四路信号加合值，即能量大小。

7.根据权利要求6所述的探测器增益状态快速判断方法，其特征在于，当探测器某一角增益偏大时，晶条二维位置的影像范围会偏向该角。

8.根据权利要求6所述的探测器增益状态快速判断方法，其特征在于，当探测器某一角增益偏小时，晶条二维位置的影像范围会向其它角偏移。

9.根据权利要求1所述的探测器增益状态快速判断方法，其特征在于，当各区域能谱中的能峰位置不同时，根据各区域能谱峰位的量化测量值获得增益平衡时各信号路所需的补偿量；

根据得到的各路所需的补偿量，采用光电转换器件的工作电压或者电子学放大电路的放大系数对探测器的增益平衡进行校正。

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