CN111624645A - 双端读出晶体探测器及其作用深度刻度表快速生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法及相应晶体探测器，所述方法包括：获取在非准直光源照射条件下探测晶体两端的光电转换器件的输出信号的差异的计数统计分布曲线；提取所述计数统计分布曲线的两个边界；确定在所述两个边界处的输出信号的差异；依据所述输出信号的差异及对应的、非准直光源所发射的光子作用在探测晶体两端时的作用深度位置的值，计算求得作用深度刻度表。所述方法大幅度简化了作用深度刻度表的生成过程，提高了作用深度表的生成速度，避免了准直误差引入的作用深度刻度表的非精确性，提高了所述晶体探测器的工程实用价值。

Description

双端读出晶体探测器及其作用深度刻度表快速生成方法

技术领域

本发明属于辐射探测技术领域，特别涉及一种双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法，同时提供相应的双端读出晶体探测器。

背景技术

射线作用深度探测器对于提升伽马成像系统的成像性能具有重要意义。例如在正电子发射断层扫描仪PET(Positron Emission Tomography)中，探测器是PET系统的基础，是其成像性能好坏的主要决定因素。当前PET为获得较高的系统灵敏度，PET系统探测器需要使用较厚的晶体，而这同时也导致了传统的无作用深度分辨能力的探测器组成的PET系统在偏离中心轴位置的空间分辨率变差，所述的空间分辨率变差的状况随偏离中心轴的距离增大而增大，该现象被称为视差效应(Parallax Effect)，而利用射线作用深度探测器可以有效地降低视差效应的影响，进而提高系统空间分辨率以及空间分辨率的均匀性，从而提升系统的成像性能。在作为伽马射线成像装置的康普顿相机中，利用射线作用深度探测器可以提升获取的伽马源方向信息的精确性，进而提高系统的角度分辨率。

双端读出晶体探测器是射线作用深度探测器的一种，其核心思想是在能够接收伽马辐射后发光的探测晶体的两端分别设置光电转换器件，利用光电转换器件从接收伽马辐射后发光的探测晶体的两端读出信号，再利用所述的两端读出的信号的差异获取伽马光子在探测晶体内的作用深度DOI(depth-of-interaction)位置信息。通常认为探测晶体两端的光电转换器件读出信号的差异随伽马光子作用深度位置线性变化，因此，可以通过建立探测晶体两端的光电转换器件读出信号的差异随伽马光子作用深度变化的线性模型来获取记录作用深度信息的作用深度刻度表。

在双端读出晶体探测器中，精确有效的作用深度刻度表对于提高作用深度定位精度至关重要。但是，现有的技术方案中，往往需要采用准直伽马源的方式测量双端读出晶体探测器一系列已知作用深度位置的、探测晶体两端的光电转换器件的输出响应，进而利用线性模型，通过数据拟合计算线性模型参数来实现作用深度刻度表的获取。但在所述方案中，由于准直伽马源的使用，作用深度刻度表的生成过程繁琐且耗时，容易引入准直误差从而影响所生成的作用深度刻度表的精度，同时也影响了双端读出晶体探测器的工程实用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺陷，提供一种双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法及相应的双端读出晶体探测器。

本发明提供的双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法中，所述双端读出晶体探测器中，探测晶体(1)为长方体或正方体结构，或为由长方体或正方体结构的晶体单元构成的长方体或正方体晶体阵列，所述探测晶体(1)的两端分别设有光电转换器件或光电转换器件阵列(2)和光电转换器件或光电转换器件阵列(3)，

其特征在于，所述快速生成方法包括步骤：

(S1)获取所述双端读出晶体探测器在非准直光源(4)的照射下所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)和(3)的输出信号的差异D的计数统计分布曲线；

(S2)提取所述计数统计分布曲线的边界1和边界2；

(S3)确定在所述边界1和边界2处的输出信号的差异D_L和D_R；

(S4)依据所述输出信号的差异D_L和D_R及所述非准直光源(4)所发射的光子G1作用在所述探测晶体(1)的两端时的作用深度位置DOI_L和DOI_R，计算求得作用深度刻度表，

其中，所述计数统计分布曲线为所述非准直光源(4)照射至所述探测晶体(1)的所述光子G1的数目、即对所述光子G1的计数随着所述输出信号的差异D的值从小到大的增加而变化的曲线；

所述作用深度位置DOI_L和DOI_R与所述输出信号的差异D_L和D_R分别对应。

进一步，所述步骤(S1)包括：

利用所述非准直光源(4)发射所述光子G1照射所述双端读出晶体探测器；

以所述探测晶体(1)计数式探测由所述非准直光源(4)发射至的单个所述光子G1；

所述单个光子G1发射至所述探测晶体(1)后，用所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)和(3)分别采集所述单个光子G1与所述探测晶体(1)作用后产生并分别输运至所述探测晶体(1)的两端的光子群，所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)探测和采集光子群G2，所述光电转换器件或光电转换器件阵列(3)探测和采集光子群G3；

重复上述探测所述单个光子G1、探测和采集所述光子群G2和光子群G3的步骤，其中，探测所述单个光子G1的数目、即对所述单个光子G1的计数不少于10000；

在进行所述探测和采集光子群G2和光子群G3的步骤时，对探测和采集到每一个所述光子群G2后所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)的输出信号S₂进行记录，并对探测和采集到每一个所述光子群G3后所述光电转换器件或光电转换器件阵列(3)的输出信号S₃进行记录；

计算获得所述计数统计分布曲线。

进一步，利用所述非准直光源(4)照射所述双端读出晶体探测器时，所述非准直光源(4)发射的所述光子G1发射至所述探测晶体(1)的两端并在所述探测晶体(1)中与所述探测晶体(1)产生作用。

进一步，在所述步骤(S1)中，探测所述光子G1的数目、即对所述光子G1的计数不少于50000。

进一步，依据所述输出信号S₂和输出信号S₃，所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)和(3)的所述输出信号的差异

D＝ln(S₃/S₂)、D＝ln(S₂/S₃)、

或

进一步，在所述步骤(S2)中，采取策略从所述计数统计分布曲线的主上升区段获取所述边界1，并从所述计数统计分布曲线的主下降区段获取所述边界2，其中，

所述主上升区段为所述计数统计分布曲线中随着所述输出信号的差异D的值从小到大的增加，所述曲线从计数值为0上升至所述曲线的第一个计数极大值A时的区段；

所述主下降区段为所述计数统计分布曲线中随着所述输出信号的差异D的值从小到大的增加，所述曲线从所述曲线的最后一个计数极大值B下降至计数值为0时的区段，

在所述计数统计分布曲线中，所述计数极大值B与计数极大值A分别对应不同极值点。

进一步，所述策略为选取所述主上升区段的上升最快、即斜率最大的点为所述边界1；选取所述主下降区段的下降最快、即斜率最小的点为所述边界2。

进一步，所述策略为选取所述主上升区段的、当所述计数从所述极大值A下降至αA时的点为所述边界1；选取所述主下降区段的、当所述计数从所述极大值B下降至αB时的点为所述边界2，其中，α为比例系数，α的取值范围为1/3～2/3。

进一步，在所述步骤(S3)中，以所述计数统计分布曲线在所述边界1处对应的输出信号的差异D为所述输出信号的差异D_L；以所述计数统计分布曲线在所述边界2处对应的输出信号的差异D为所述输出信号的差异D_R。

进一步，所述步骤(S4)包括：

利用所述两个作用深度位置DOI_L和DOI_R，以及所述输出信号的差异D_L和D_R，计算所述输出信号的差异D随作用深度位置线性变化的线性模型参数，实现所述作用深度刻度表的生成。

进一步，将所述两个作用深度位置DOI_L和DOI_R，和所述输出信号的差异D_L和D_R代入方程组：

DOI_L＝k·D_L+b

DOI_R＝k·D_R+b，

求得线性模型参数k和b，依据所述参数k和b，得到利用线性模型表征的所述作用深度位置DOIL与所述双端输出信号差异D的线性模型关系：

DOIL＝k·D+b，

实现所述作用深度刻度表的获取。

进一步，对所获得的所述计数统计分布曲线进行三点或五点平滑处理以降低计数统计噪声的影响。

进一步，所述探测晶体(1)为闪烁晶体。

本发明还提供一种双端读出晶体探测器，所述探测器包括：

探测晶体(1)，所述探测晶体(1)两端的光电转换器件或光电转换器件阵列(2)和光电转换器件或光电转换器件阵列(3)，数据采集单元和数据处理单元，其中，所述探测晶体(1)为长方体或正方体结构，或为长方体或正方体结构的晶体单元构成的长方体或正方体晶体阵列。

进一步，所述数据处理单元用于在生成作用深度刻度表时，执行如下步骤：

(S1)获取所述双端读出晶体探测器在所述非准直光源(4)的照射下所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)和(3)的输出信号的差异D的计数统计分布曲线；

(S2)提取所述计数统计分布曲线的边界1和边界2；

(S3)确定在所述边界1和边界2处的输出信号的差异D_L和D_R；

(S4)依据所述输出信号的差异D_L和D_R，及所述非准直光源(4)所发射的光子G1作用在所述探测晶体(1)的两端时的作用深度位置DOI_L和DOI_R，计算求得作用深度刻度表，

其中，所述计数统计分布曲线为所述非准直光源(4)照射至所述探测晶体(1)的所述光子G1的数目、即对所述光子G1的计数随着所述输出信号的差异D的值从小到大的增加而变化的曲线；

所述作用深度位置DOI_L和DOI_R与所述输出信号的差异D_L和D_R分别对应。

进一步，所述探测晶体(1)用于在所述非准直光源(4)发射所述光子G1照射所述双端读出晶体探测器时，计数式探测由所述非准直光源(4)发射至的单个所述光子G1；

所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)和(3)用于每次分别采集所述单个光子G1发射至所述探测晶体(1)并与探测晶体(1)产生作用后分别输运至所述探测晶体(1)的两端的光子群，所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)用于探测和采集光子群G2，所述光电转换器件或光电转换器件阵列(3)用于探测和采集光子群G3；

所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)还用于在探测和采集到每一个所述光子群G2后产生输出信号S₂，所述光电转换器件或光电转换器件阵列(3)还用于在探测和采集到每一个所述光子群G3后产生输出信号S₃；

所述探测晶体(1)和光电转换器件或光电转换器件阵列(2)和(3)用于重复上述探测所述单个光子G1、探测和采集所述光子群G2和光子群G3的步骤，其中，所述探测晶体(1)用于探测数目不少于10000的所述单个光子G1；

所述数据采集单元用于采集并输送所述输出信号S₂和输出信号S₃至所述数据处理单元；

所述数据处理单元用于依据所述输出信号S₂和输出信号S₃计算获得所述输出信号的差异

D＝ln(S₃/S₂)、D＝ln(S₂/S₃)、

或

的所述计数统计分布曲线。

进一步，所述探测晶体(1)的两端在所述非准直光源(4)照射所述双端读出晶体探测器时均与所述光子G1产生作用。

进一步，所述探测晶体(1)用于探测数目不少于50000的所述单个光子G1。

进一步，所述数据处理单元用于在所述步骤(S2)中，采取策略从所述计数统计分布曲线的主上升区段获取所述边界1，并从所述计数统计分布曲线的主下降区段获取所述边界2，

所述主上升区段为所述计数统计分布曲线中随着所述输出信号的差异D的值从小到大的增加，所述曲线从计数值为0上升至所述曲线的第一个计数极大值A时的区段；

所述主下降区段为所述计数统计分布曲线中随着所述输出信号的差异D的值从小到大的增加，所述曲线从所述曲线的最后一个计数极大值B下降至计数值为0时的区段，

在所述计数统计分布曲线中，所述计数极大值B与计数极大值A分别对应不同极值点。

进一步，所述数据处理单元用于采取如下策略获取所述边界1和边界2：选取所述主上升区段的上升最快、即斜率最大的点为所述边界1；选取所述主下降区段的下降最快、即斜率最小的点为所述边界2。

进一步，所述数据处理单元用于采取如下策略获取所述边界1和边界2：选取所述主上升区段的、当所述计数从所述极大值A下降至αA时的点为所述边界1；选取所述主下降区段的、当所述计数从所述极大值B下降至αB时的点为所述边界2，其中，α为比例系数，α的取值范围为1/3～2/3。

进一步，所述数据处理单元用于在所述步骤(S3)中，取所述计数统计分布曲线在所述边界1处对应的输出信号的差异D为所述输出信号的差异D_L，取所述计数统计分布曲线在所述边界2处对应的输出信号的差异D为所述输出信号的差异D_R。

进一步，所述数据处理单元用于在所述步骤(S4)中，执行步骤：

利用所述两个作用深度位置DOI_L和DOI_R，以及所述输出信号的差异D_L和D_R，计算所述输出信号的差异D随作用深度位置线性变化的线性模型参数，实现所述双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的生成。

进一步，所述数据处理单元用于在所述步骤(S4b)中，将所述两个作用深度位置DOI_L和DOI_R，和所述输出信号的差异D_L和D_R代入方程组：

DOI_L＝k·D_L+b

DOI_R＝k·D_R+b，

求得线性模型参数k和b，依据所述参数k和b，得到利用线性模型表征的所述作用深度位置DOIL与所述双端输出信号差异D的线性模型关系：

DOIL＝k·D+b，

得到作用深度刻度表。

进一步，所述数据处理单元用于对所获得的所述计数统计分布曲线进行三点或五点平滑处理以降低计数统计噪声的影响。

进一步，所述探测晶体(1)为闪烁晶体。

本发明的双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法，相比于传统的作用深度刻度表的生成方法，由于无需使用准直伽马放射源，从而大幅度简化了作用深度刻度表的生成过程，提高了作用深度表的生成速度，避免了准直误差引入的作用深度刻度表的非精确性。本发明提高了双端读出晶体探测器的工程实用价值。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例的作用深度刻度表快速生成方法的原理图；

图2示出了本发明实施例中双端输出信号的差异D的统计分布曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先，对作用深度DOI(depth-of-interaction)位置DOIL加以简要说明，参考图1，探测晶体1的两端分别设有光电转换器件2和光电转换器件3，非准直光源4发出的光子经探测晶体1的表面M入射至所述探测晶体1的DD处产生反应，所述DD处在所述探测晶体1的晶体长度方向上的位置即为所述光子的作用深度DOIL，所述晶体长度方向为与所述探测晶体1的两端面(或者说与双端读出晶体探测器中的光电转换器件2和光电转换器件3的光探测面)垂直的方向，图1中取所述探测晶体1中心O为晶体长度方向的坐标原点。其中，光电转换器件2和光电转换器件3也可为光电转换器件阵列。

本发明公开了一种双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法，所述快速生成方法包括如下基本步骤:

利用非准直光源4照射双端读出晶体探测器，其中，所述非准直光源4发射的光子能够发射至所述双端读出晶体探测器中探测晶体1的两端并与所述探测晶体1产生作用；所述探测晶体1以计数式的方式逐个探测其所接收到的所述光子；

所述探测晶体1探测到的单个光子与所述探测晶体1产生作用后，由所述探测晶体1的两端的所述光电转换器件2和光电转换器件3分别采集分别输运至所述探测晶体1的两端的光子群，其中，所述探测晶体1探测的所述单个光子的数目在10000以上；

每一次探测并采集分别输运至所述探测晶体1的两端的光子群后，记所述光电转换器件2的输出信号为S₂且记光电转换器件3的输出信号为S₃，计算获得所述输出信号S₂和S₃的差异

D＝ln(S₃/S₂)、D＝ln(S₂/S₃)、

或

则通过重复所述数目的所述单个光子的采集后，得到所述输出信号S₂和S₃的差异D的计数统计分布曲线；

提取所述计数统计分布曲线的两个边界；

确定在所述的两个边界处的输出信号S₂和S₃的差异D_L和D_R；

依据所述差异D_L和D_R，及所述非准直光源4所发射的光子在所述探测晶体1的所述两端与所述探测晶体1产生作用时的作用深度位置DOI_L和DOI_R，计算求得所述输出信号S₂和S₃的差异D随作用深度位置线性变化的线性模型参数，再通过线性模型计算生成所述双端读出晶体探测器的作用深度刻度表。其中，DOI_L和DOI_R与所述差异D_L和D_R分别对应。

下面以非准直伽马源作为非准直光源及以闪烁晶体作为探测晶体为例进一步公开本发明的双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法，虽然本发明中所述的非准直光源和探测晶体分别优选为非准直伽马源和闪烁晶体，但也可为其它放射光源和能实现探测功能的晶体。

参考图1，本发明的双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法中，使用非准直伽马源4，且所述双端读出晶体探测器包括闪烁晶体1，及位于所述闪烁晶体1一端的光电转换器件2和另一端的光电转换器件3。其中，所述非准直伽马源4以发射伽马光子G1的方式非准直照射所述闪烁晶体1，所述闪烁晶体1以计数式的方式逐个探测其所接收到的所述伽马光子G1。所述闪烁晶体1优选为长方体或正方体结构，也可为由长方体或正方体结构的闪烁晶体单元构成的长方体或正方体闪烁晶体阵列。

所述非准直伽马源4所发出的伽马光子G1在进入所述闪烁晶体1后与所述闪烁晶体1产生作用并沉积能量产生闪烁光子群，所述闪烁光子群在所述闪烁晶体1的内部输运，到达所述闪烁晶体1的两端，并被所述两端处的所述光电转换器件2和光电转换器件3探测到。所述闪烁晶体1中沿晶体长度方向，不同的作用深度位置DOIL处所产生的所述闪烁光子输运到所述闪烁晶体1的所述两端的比例不同，从而根据所述光电转换器件2和3所分别探测到的光信号的差异就可采用线性模型计算所述伽马光子G1在所述闪烁晶体1内沿晶体长度方向的作用深度位置信息，其中，每一个所述伽马光子G1在所述闪烁晶体1内沉积能量都生成一定数目的闪烁光子群(闪烁光子的数目跟晶体类型和所述伽马光子G1的能量有关)。

在本实施例中，

利用所述非准直伽马源4照射所述闪烁晶体1，并且所述非准直伽马源4所发射的部分所述伽马光子G1能够发射至所述闪烁晶体1的两端并与所述闪烁晶体1产生作用，其中，闪烁晶体1的尺寸可为4mm*4mm*20mm，也可为由多根闪烁晶体组成的晶体阵列如8*8的晶体阵列；

所述闪烁晶体1每次探测单个所述伽马光子G1，所述单个伽马光子G1与闪烁晶体1产生作用后输运至所述闪烁晶体1的两端的所述闪烁光子群分别由所述光电转换器件2和3进行光电转换和采集，记所述光电转换器件2每次探测并采集的闪烁光子群为G2，并记所述光电转换器件3每次探测并采集的闪烁光子群为G3，其中，所述闪烁晶体1进行上述探测时，探测所述单个伽马光子G1的数目、即对所述单个伽马光子G1的计数不少于10000，优选为50000以上；

在进行上述探测和采集时，对探测和采集到每一个所述闪烁光子群G2后所述光电转换器件2的输出信号S₂进行记录，并对探测和采集到每一个所述闪烁光子群G3后所述光电转换器件3的输出信号S₃进行记录，则在所述闪烁晶体1中，每一个伽马光子G1就可以生成一个S₂和S₃。在探测一个伽马光子G1后，所述光电转换器件2和3各自的输出信号S₂和S₃的差异D(也可称为双端输出信号差异)，可表征为如下四种形式：

其中，在具体操作中，所述光电转换器件2和3输出的电信号，是电流脉冲信号，所述电流脉冲信号在所述双端读出晶体探测器的前端的数据采集单元通常会被电子学系统放大、滤波并成形，从而形成电压脉冲信号，而所述输出信号S₂和S₃就对应经过模拟量输入模数变换(ADC)芯片数采后的所述电压脉冲信号的信号幅度或脉冲能量。

而无论采用上述哪种形式表征双端输出信号差异D，均可利用线性模型来表征所述非准直伽马源4发出的伽马射线在所述闪烁晶体1中晶体长度方向的作用深度位置DOIL与双端输出信号差异D的关系，即：

DOIL＝k·D+b (2)

双端读出晶体探测器的作用深度刻度表即存储上述参数k和b的参数表，其中，D无量纲，k和b的单位为长度单位，一般取为mm；如图1所示，DOIL为伽马光子在闪烁晶体1的晶体长度方向上的作用深度位置，所述晶体长度方向为与所述闪烁晶体1的所述两端的端面垂直的方向。从而根据所述作用深度刻度表和双端输出信号差异D即可计算伽马射线的作用深度位置DOIL。

在非准直伽马源4的照射条件下，通过前述探测采集等步骤重复探测所述数目的伽马光子，计算得到的关于双端输出信号差异D的计数统计分布曲线如图2中的曲线5所示，所述双端输出信号差异D的变化范围是从一个负数到一个正数，所述双端输出信号差异D为0的时候代表没有差异，不为0的时候代表有差异，且离0越远所述双端输出信号差异D越大，其中，由左向右，随着双端输出信号差异D的值的增加，所述曲线5从计数值为0上升至第一个计数极大值A时的区段为主上升区段；而随着双端输出信号差异D的值的继续增加，所述曲线5从最后一个计数极大值B下降至计数值为0时的区段为主下降区段，虽然图2中只画出了计数极大值A和计数极大值B，但还可具有其它计数极大值，其中，需对所获得的所述计数统计分布曲线进行三点或五点平滑处理以降低计数统计噪声的影响。

图2中的6和7所示分别为所述统计分布曲线5的边界位置，所述边界位置6和7处的双端输出信号差异D的值分别为D_L和D_R，D_L<0，D_R>0,坐标原点位于D_L和D_R之间。图1中所示的非准直伽马源4所发射的伽马光子G1作用在闪烁晶体1左端时作用深度位置为DOI_L，伽马光子G1作用在闪烁晶体1右端时作用深度位置为DOI_R，然后运用统计分布曲线5中的所述D_L和D_R和所述DOI_L和DOI_R通过求解下述直线方程组

即可获取式(2)中k和b的值，从而实现作用深度刻度表的获取，其中，如图1所示，以闪烁晶体1中心O为伽马光子G1在晶体长度方向上的作用位置的原点，晶体长度为L，则DOI_L＝-L/2，DOI_R＝L/2。

其中，所述统计分布曲线5中的6和7所示的曲线边界位置是通过采用如下的策略得到，参考附图2，可选取统计分布曲线5中的主上升区段中的上升最快(即曲线斜率最大)的点为边界1，并选取统计分布曲线5中主下降区段中的下降最快(即曲线斜率最小)的点为边界2，或者说是分别以主上升区段和主下降区段中最陡的点为边界1和边界2；或者选取所述主上升区段上的、当计数从所述极大值A下降至αA时的点为边界1，选取所述主下降区段上的、当计数从所述极大值B下降至αB时的点为边界2，所述边界1和边界2所在的关于双端输出信号差异D的位置即为所述统计分布曲线5中的6和7所示的曲线边界位置，其中，α为比例系数，α的取值范围为1/3～2/3。

本发明还提供了双端读出晶体探测器，所述双端读出晶体探测器包括：探测晶体1，探测晶体1两端的光电转换器件2和光电转换器件3，数据采集单元和数据处理单元，其中，探测晶体1为长方体或正方体结构，也可为长方体或正方体结构的晶体单元构成的长方体或正方体晶体阵列。其中，探测晶体1优选为闪烁晶体1，所述双端读出晶体探测器通过闪烁晶体1探测伽马光子，所述光电转换器件或光电转换器件阵列2和光电转换器件或光电转换器件阵列3完成光电转换，输出闪烁脉冲信号，所述数据采集单元对所采集的闪烁脉冲信号进行模拟-数字(Analog-to-Digital，AD)变换和能量计算，并把闪烁脉冲信号的能量信息传输至所述数据处理单元，然后数据处理单元根据所述闪烁脉冲的信号幅度或脉冲能量计算双端输出信号差异D，获取所述双端输出信号差异D的计数统计分布曲线，然后获取所述D_L和D_R，并按照上述作用深度刻度表的快速生成方法完成作用深度刻度表的生成。

由上述实施例可知，本发明的双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法无需使用准直伽马放射源，从而大幅度简化了作用深度刻度表的生成过程，提高了作用深度表的生成速度，同时还避免了准直误差引入的作用深度刻度表的非精确性。本发明的双端读出晶体探测器提高了工程实用价值。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (26)

1.一种双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法，其中，所述双端读出晶体探测器中，探测晶体(1)为长方体或正方体结构，或为由长方体或正方体结构的晶体单元构成的长方体或正方体晶体阵列，所述探测晶体(1)的两端分别设有光电转换器件或光电转换器件阵列(2)和光电转换器件或光电转换器件阵列(3)，

其特征在于，所述快速生成方法包括步骤：

(S1)获取所述双端读出晶体探测器在非准直光源(4)的照射下所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)和(3)的输出信号的差异D的计数统计分布曲线；

(S2)提取所述计数统计分布曲线的边界1和边界2；

(S3)确定在所述边界1和边界2处的输出信号的差异D_L和D_R；

(S4)依据所述输出信号的差异D_L和D_R及所述非准直光源(4)所发射的光子G1作用在所述探测晶体(1)的两端时的作用深度位置DOI_L和DOI_R，计算求得作用深度刻度表，

其中，所述计数统计分布曲线为所述非准直光源(4)照射至所述探测晶体(1)的所述光子G1的数目、即对所述光子G1的计数随着所述输出信号的差异D的值从小到大的增加而变化的曲线；

所述作用深度位置DOI_L和DOI_R与所述输出信号的差异D_L和D_R分别对应。

2.根据权利要求1所述的双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法，其特征在于，

所述步骤(S1)包括：

利用所述非准直光源(4)发射所述光子G1照射所述双端读出晶体探测器；

以所述探测晶体(1)计数式探测由所述非准直光源(4)发射至的单个所述光子G1；

所述单个光子G1发射至所述探测晶体(1)后，用所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)和(3)分别采集所述单个光子G1与所述探测晶体(1)作用后产生并分别输运至所述探测晶体(1)的两端的光子群，所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)探测和采集光子群G2，所述光电转换器件或光电转换器件阵列(3)探测和采集光子群G3；

重复上述探测所述单个光子G1、探测和采集所述光子群G2和光子群G3的步骤，其中，探测所述单个光子G1的数目、即对所述单个光子G1的计数不少于10000；

在进行所述探测和采集光子群G2和光子群G3的步骤时，对探测和采集到每一个所述光子群G2后所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)的输出信号S₂进行记录，并对探测和采集到每一个所述光子群G3后所述光电转换器件或光电转换器件阵列(3)的输出信号S₃进行记录；

计算获得所述计数统计分布曲线。

3.根据权利要求2所述的双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法，其特征在于，

利用所述非准直光源(4)照射所述双端读出晶体探测器时，所述非准直光源(4)发射的所述光子G1发射至所述探测晶体(1)的两端并在所述探测晶体(1)中与所述探测晶体(1)产生作用。

4.根据权利要求2所述的双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法，其特征在于，

在所述步骤(S1)中，探测所述光子G1的数目、即对所述光子G1的计数不少于50000。

5.根据权利要求2所述的双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法，其特征在于，

依据所述输出信号S₂和输出信号S₃，所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)和(3)的所述输出信号的差异

D＝ln(S₃/S₂)、D＝ln(S₂/S₃)、

或

6.根据权利要求5所述的双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法，其特征在于，

在所述步骤(S2)中，采取策略从所述计数统计分布曲线的主上升区段获取所述边界1，并从所述计数统计分布曲线的主下降区段获取所述边界2，其中，

所述主上升区段为所述计数统计分布曲线中随着所述输出信号的差异D的值从小到大的增加，所述曲线从计数值为0上升至所述曲线的第一个计数极大值A时的区段；

所述主下降区段为所述计数统计分布曲线中随着所述输出信号的差异D的值从小到大的增加，所述曲线从所述曲线的最后一个计数极大值B下降至计数值为0时的区段，

在所述计数统计分布曲线中，所述计数极大值B与计数极大值A分别对应不同极值点。

7.根据权利要求6所述的双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法，其特征在于，

所述策略为选取所述主上升区段的上升最快、即斜率最大的点为所述边界1；选取所述主下降区段的下降最快、即斜率最小的点为所述边界2。

8.根据权利要求6所述的双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法，其特征在于，

所述策略为选取所述主上升区段的、当所述计数从所述极大值A下降至αA时的点为所述边界1；选取所述主下降区段的、当所述计数从所述极大值B下降至αB时的点为所述边界2，其中，α为比例系数，α的取值范围为1/3～2/3。

9.根据权利要求7或8所述的双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法，其特征在于，

在所述步骤(S3)中，以所述计数统计分布曲线在所述边界1处对应的输出信号的差异D为所述输出信号的差异D_L；以所述计数统计分布曲线在所述边界2处对应的输出信号的差异D为所述输出信号的差异D_R。

10.根据权利要求9所述的双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法，其特征在于，

所述步骤(S4)包括：

利用所述两个作用深度位置DOI_L和DOI_R，以及所述输出信号的差异D_L和D_R，计算所述输出信号的差异D随作用深度位置线性变化的线性模型参数，实现所述作用深度刻度表的生成。

11.根据权利要求10所述的双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法，其特征在于，

将所述两个作用深度位置DOI_L和DOI_R，和所述输出信号的差异D_L和D_R代入方程组：

求得线性模型参数k和b，依据所述参数k和b，得到利用线性模型表征的所述作用深度位置DOIL与所述双端输出信号差异D的线性模型关系：

DOIL＝k·D+b，

实现所述作用深度刻度表的获取。

12.根据权利要求1-8和10-11任一所述的双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法，其特征在于，

对所获得的所述计数统计分布曲线进行三点或五点平滑处理以降低计数统计噪声的影响。

13.根据权利要求1-8和10-11任一所述的双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的快速生成方法，其特征在于，

所述探测晶体(1)为闪烁晶体。

14.一种双端读出晶体探测器，其特征在于，所述探测器包括：

探测晶体(1)，所述探测晶体(1)两端的光电转换器件或光电转换器件阵列(2)和光电转换器件或光电转换器件阵列(3)，数据采集单元和数据处理单元，其中，所述探测晶体(1)为长方体或正方体结构，或为长方体或正方体结构的晶体单元构成的长方体或正方体晶体阵列。

15.根据权利要求14所述的双端读出晶体探测器，其特征在于，所述数据处理单元用于在生成作用深度刻度表时，执行如下步骤：

(S1)获取所述双端读出晶体探测器在所述非准直光源(4)的照射下所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)和(3)的输出信号的差异D的计数统计分布曲线；

(S2)提取所述计数统计分布曲线的边界1和边界2；

(S3)确定在所述边界1和边界2处的输出信号的差异D_L和D_R；

(S4)依据所述输出信号的差异D_L和D_R，及所述非准直光源(4)所发射的光子G1作用在所述探测晶体(1)的两端时的作用深度位置DOI_L和DOI_R，计算求得作用深度刻度表，

其中，所述计数统计分布曲线为所述非准直光源(4)照射至所述探测晶体(1)的所述光子G1的数目、即对所述光子G1的计数随着所述输出信号的差异D的值从小到大的增加而变化的曲线；

所述作用深度位置DOI_L和DOI_R与所述输出信号的差异D_L和D_R分别对应。

16.根据权利要求15所述的双端读出晶体探测器，其特征在于，

所述探测晶体(1)用于在所述非准直光源(4)发射所述光子G1照射所述双端读出晶体探测器时，计数式探测由所述非准直光源(4)发射至的单个所述光子G1；

所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)和(3)用于每次分别采集所述单个光子G1发射至所述探测晶体(1)并与探测晶体(1)产生作用后分别输运至所述探测晶体(1)的两端的光子群，所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)用于探测和采集光子群G2，所述光电转换器件或光电转换器件阵列(3)用于探测和采集光子群G3；

所述光电转换器件或光电转换器件阵列(2)还用于在探测和采集到每一个所述光子群G2后产生输出信号S₂，所述光电转换器件或光电转换器件阵列(3)还用于在探测和采集到每一个所述光子群G3后产生输出信号S₃；

所述探测晶体(1)和光电转换器件或光电转换器件阵列(2)和(3)用于重复上述探测所述单个光子G1、探测和采集所述光子群G2和光子群G3的步骤，其中，所述探测晶体(1)用于探测数目不少于10000的所述单个光子G1；

所述数据采集单元用于采集并输送所述输出信号S₂和输出信号S₃至所述数据处理单元；

所述数据处理单元用于依据所述输出信号S₂和输出信号S₃计算获得所述输出信号的差异

D＝ln(S₃/S₂)、D＝ln(S₂/S₃)、

或

的所述计数统计分布曲线。

17.根据权利要求16所述的双端读出晶体探测器，其特征在于，

所述探测晶体(1)的两端在所述非准直光源(4)照射所述双端读出晶体探测器时均与所述光子G1产生作用。

18.根据权利要求16所述的双端读出晶体探测器，其特征在于，

所述探测晶体(1)用于探测数目不少于50000的所述单个光子G1。

19.根据权利要求16所述的双端读出晶体探测器，其特征在于，

所述数据处理单元用于在所述步骤(S2)中，采取策略从所述计数统计分布曲线的主上升区段获取所述边界1，并从所述计数统计分布曲线的主下降区段获取所述边界2，

所述主上升区段为所述计数统计分布曲线中随着所述输出信号的差异D的值从小到大的增加，所述曲线从计数值为0上升至所述曲线的第一个计数极大值A时的区段；

所述主下降区段为所述计数统计分布曲线中随着所述输出信号的差异D的值从小到大的增加，所述曲线从所述曲线的最后一个计数极大值B下降至计数值为0时的区段，

在所述计数统计分布曲线中，所述计数极大值B与计数极大值A分别对应不同极值点。

20.根据权利要求19所述的双端读出晶体探测器，其特征在于，

所述数据处理单元用于采取如下策略获取所述边界1和边界2：选取所述主上升区段的上升最快、即斜率最大的点为所述边界1；选取所述主下降区段的下降最快、即斜率最小的点为所述边界2。

21.根据权利要求19所述的双端读出晶体探测器，其特征在于，

所述数据处理单元用于采取如下策略获取所述边界1和边界2：选取所述主上升区段的、当所述计数从所述极大值A下降至αA时的点为所述边界1；选取所述主下降区段的、当所述计数从所述极大值B下降至αB时的点为所述边界2，其中，α为比例系数，α的取值范围为1/3～2/3。

22.根据权利要求20或21所述的双端读出晶体探测器，其特征在于，

所述数据处理单元用于在所述步骤(S3)中，取所述计数统计分布曲线在所述边界1处对应的输出信号的差异D为所述输出信号的差异D_L，取所述计数统计分布曲线在所述边界2处对应的输出信号的差异D为所述输出信号的差异D_R。

23.根据权利要求22所述的双端读出晶体探测器，其特征在于，

所述数据处理单元用于在所述步骤(S4)中，执行步骤：

利用所述两个作用深度位置DOI_L和DOI_R，以及所述输出信号的差异D_L和D_R，计算所述输出信号的差异D随作用深度位置线性变化的线性模型参数，实现所述双端读出晶体探测器的作用深度刻度表的生成。

24.根据权利要求23所述的双端读出晶体探测器，其特征在于，

所述数据处理单元用于在所述步骤(S4b)中，将所述两个作用深度位置DOI_L和DOI_R，和所述输出信号的差异D_L和D_R代入方程组：

求得线性模型参数k和b，依据所述参数k和b，得到利用线性模型表征的所述作用深度位置DOIL与所述双端输出信号差异D的线性模型关系：

DOIL＝k·D+b，

得到作用深度刻度表。

25.根据权利要求14-21和23-24任一所述的双端读出晶体探测器，其特征在于，

所述数据处理单元用于对所获得的所述计数统计分布曲线进行三点或五点平滑处理以降低计数统计噪声的影响。

26.根据权利要求14-21和23-24任一所述的双端读出晶体探测器，其特征在于，所述探测晶体(1)为闪烁晶体。

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