[发明专利]一种标定光电转换模块平均探测器响应函数的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及辐射探测技术与成像技术领域，尤其是针对采用一整块闪烁晶体耦合多路光电转换模块阵列的伽马光子探测器，及标定光电转换模块平均探测器响应函数的方法和系统。

背景技术

采用如下技术方案的伽马光子探测器广泛应用于核医学影像，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：一整块闪烁晶体，如碘化钠(NaI(Tl))，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，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行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。

相关技术中有多种不同的方法可以基于多路光电转换输出的数字信号幅度值测算伽马光子与闪烁晶体作用位置以及沉积能量值：其中，较为典型、常用的方法包括Anger算法及其各种变异版本，即对各路数字信号进行线性加权得出其伽马光子与晶体作用二维位置的Anger坐标，对各路数字信号幅度求和得到伽马光子与晶体作用沉积能量的Anger估计值，然后在对Anger坐标与能量估计值进行校正得到准确的作用位置与沉积能量的测算值；相关技术中的另一类算法是基于各路光电转换模块的平均探测器响应函数与输出信号统计特性的最大似然估计算法或最大后验概率估计算法。其中，光电转换模块的平均探测器响应函数定义为，在伽马光子与晶体作用沉积特定能量的前提下，光电转换模块输出信号的幅度的平均值(期望值)与伽马光子作用位置的关系；光电转换模块输出信号统计特性定义为，在伽马光子与晶体作用在不同位置沉积特定能量的前提下，光电转换模块输出信号的方差与均值的关系，该统计特性包含了伽马光子与闪烁晶体生成可见光光子的统计涨落，光电转换模块进行光电转换的随机噪声，以及后续模拟及数字采样电子学的统计噪声等效应，由于上述统计涨落及噪声可以用泊松以及高斯模型进行精确近似，因此方差与均值关系即可以比较准确的描述输出信号的统计特性。当每一路光电转换模块的平均探测器响应函数与统计特性已知的情况下，则可以对每一个伽马光子引发的多路光电转换模块输出信号建立最大似然或最大后验概率的代价函数，通过对此代价函数的最优化，求解伽马光子与晶体作用位置及沉积能量的测算值。与Anger类型算法相比，最大似然估计或最大后验概率估计算法精度与性能更好，特别是针对在有伽马相机效视野边缘与晶体作用的伽马光子，但如前所述，实现高性能的最大似然估计或最大后验概率估计算法需要精确标定或测量伽马相机(本发明描述类型)中各路光电转换模块的平均探测器响应函数以及输出信号统计特性。但是，由于目前常用的光电转换模块的工作状态随时间以及工作环境(温度、湿度等)都会有变化，因此对上述标定方法的实用性提出了较高的要求。相关技术中标定平均探测器响应函数的方法为：采用机器人控制笔形束准直源，在伽马相机有效视野内进行二维点阵式扫描，在每一个扫描点，采集数据，记录并分析各路光电转换模块输出信号幅度谱，得到每一个谱的光电峰峰位值(ADC值)，作为对应该放射源入射单能伽马光子沉积全部能量情况下的输出幅度期望值(平均值)。对于每一个光电转换模块，将准直源在各扫描点照射并进行数据采集记录的光电峰峰位值按照二维坐标排布，即得到此光电转换模块对应该入射单能伽马光子的平均探测器响应函数在各扫描点位置的采样值，将上述采样值插值，即可得到各路光电转换模块的平均探测器响应函数。该方法的缺点在于需要引入一套机器人(电机组)控制系统，操作比较复杂，并且对于大视野的伽马相机，数据采集时间较长。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种标定光电转换模块平均探测器响应函数的方法，该方法操作简单方便快捷，不需要引入精确复杂的机械移动装置，不仅节约了成本，且大大减少了数据采集过程中的工作量。

本发明的第二个目的在于提出一种标定光电转换模块平均探测器响应函数的系统。