[发明专利]一种能量分辨CT探测器的校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种探测器的校准方法，特别是一种能量分辨CT探测器的校准方法。

背景技术

近年来,能谱CT因其卓越的物质分辨能力,引起了业界广泛的兴趣，被称为彩色CT，世界上首台商业产品(Philips IQon)也于2013年推出。其优势体现在能够对单个光子的能量进行分辨，多个能量窗的图像可以通过一次扫描而获得，不仅可以消除暗计数的影响，还可以通过加权组合光子的能量大幅提升信噪比，有效降低辐射剂量，充分利用X射线的能谱信息。而传统CT探测器(黑白CT)只能对某个时间段所有光子能量的总合做出反应，在X光源能谱分布很宽的情况下，丢失了宝贵的能谱信息。对能量分辨探测器来说,理论上每个光子产生的电荷量正比于其能量，光谱信息可以通过与不同能量阈值的比较获得。但是目前的能量分辨材料如CZT等尚存在不少缺点，如晶格缺陷密度较高，导致探测器的每个像素对X光的响应有较大差别，如图2所示，探测器的能量分辨能力受到严重制约，削弱了物质分辨带来的好处。因此，精确量化每个像素的光谱响应是非常必要的。传统校准流程采用放射性源如^99mTc和⁵⁷Co等，射线能量是已知的固定值，通过标定特征谱峰产生的电荷量，调整增益和本底噪声，校准每个象素点的响应，如图3所示。校准流程大体为：使用放射源照射探测器-〉根据特征谱峰对应的阈值寻找每个像素的电荷产出/光子能量比值-〉调整增益和本底。

但这种校准方法的不足之处在于：放射源并不容易获得，需要购买者有特殊资质。对于开发探测器材料和后续电子电路产品的实验室来说，频繁的探测器校准很有必要，使用放射源既不经济，也特别麻烦。

发明内容

针对上述技术问题，本发明中提出了一种采用商用的X射线发生器对探测器的能谱响应进行校准的方法，利用特征图像形状分析和增益调整，对所有像素响应的光谱进行缩放，使得每个像素对同样通量的X射线光子响应均匀。

本发明还有一个目的是提高探测器校准的准确和高效性。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种能量分辨CT探测器的校准方法，其为基于CT探测器各像素对商用X射线发生器的同一发射能谱的各响应能谱图之间的形状差异来进行的，包括以下步骤：

步骤1)构建探测器的校准系统，将探测器的能量接收面划分为由若干个像素组成的阵列，所述阵列覆盖设置在X射线发生器的出射线束中，将所述阵列通过读出电路与显示终端连接；

步骤2)对探测器每个像素接收到的光子进行计数，以一定电压间隔逐渐改变每个像素对应读出电路中比较器的阈值电压，作每个像素累计接收光子数对所述阈值电压的函数，即得到每个像素对X射线响应的能谱图；

步骤3)通过递归拟合的方法对每个像素对应能谱图形状的特征值进行提取，并设定一个基准能谱图；

步骤4)根据特征值的大小和增益值正比于阈值电压的关系，相应调整读出电路的增益值使得每个像素对应能谱图进行放缩，同时调整本底噪声使得每个像素对应能谱图平移，最后使得每个像素对应的能谱图与基准能谱图一致，从而使得探测器每个像素间的响应一致。

优选的，所述读出电路包括依次连接的电荷放大器、可调增益放大器、比较器、计数器，电荷放大器的输入端与探测器像素的信号输出端连接，计数器的输出端与显示终端连接。

优选的，所述步骤2)中，以0.01V的电压间隔从0V开始逐渐增加所述比较器的阈值电压，同时通过计数器读取每个像素接收到的累计光子数，作累计光子数对阈值电压变化的函数，得到像素响应的能谱图，所述能谱图呈高斯分布。

优选的，所述步骤3)中，所述特征值包括平均值和方差，通过递归拟合的方法提取能谱图的平均值和方差，所述平均值是能谱图峰位对应的阈值电压，即能谱图的偏移参数δ，其与本底噪声相关，所述方差即为能谱图的拉伸参数S，其正比于能谱图的宽度，拉伸参数S越大，能谱图宽度越大，像素分辨率越高。

优选的，所述递归拟合方法具体包括以下步骤：

步骤A)在[-0.2,0.2V]电压区间内、以0.01V为步进梯度选取一个阈值电压作为能谱图的预设偏移参数shift；

步骤B)根据该shift值计算归一化参数C＝1-erf(-shift)；

步骤C)对累计光子数b进行归一化b_norm＝b/max(b)*C；

步骤D)对b_norm进行erfinv变换，同时拟合能谱图的拉伸参数S和偏移参数δ；