重建探测器所探测的能谱的方法和设备技术

公开了一种重建探测器所探测的能谱的方法和设备。在该方法中，用射线照射被检查物体，然后利用探测器接收穿透所述被检查物体的射线，将接收到的射线转换为表示探测到的能谱的能谱数据。利用事先创建的探测器响应模型通过统计迭代算法基于所述能谱数据重建所述探测器的能谱。按照上述实施例的方案，能够更为准确地获得探测器的入射能谱，降低因为探测器导致的入射能谱失真。

The method and equipment for the reconstruction of the energy spectrum detected by the detector

A method and device for reconstruction of the energy spectrum detected by a detector is disclosed. In this method, the object is irradiated by ray, then the detector is used to receive the ray passing through the detected object, and the received ray is converted to the energy spectrum data that represents the detected energy spectrum. Using the pre created detector response model, the energy spectrum of the detector is reconstructed based on the spectral data based on the statistical iterative algorithm. According to the scheme mentioned above, the incident energy spectrum of the detector can be obtained more accurately, and the incident energy spectrum distortion caused by the detector can be reduced.

【技术实现步骤摘要】
重建探测器所探测的能谱的方法和设备
本申请涉及辐射成像，具体涉及一种重建探测器所探测的诸如X射线/伽马射线能谱的方法和设备。
技术介绍
对于包括双能/多能CT和放射治疗在内的众多X/γ射线的应用，获取准确的能谱信息是这些应用的重要需求和前提。理论上，能谱的获取可以通过探测器的阈值扫描完成。该过程可以简要描述为如下步骤：(1)通过数模转换器设定的电压值，限定探测器统计的光子的最小能量，对高于该能量的入射光子进行统计；(2)不断改变设定的电压值，从而获得对应多个能量阈值的光子信息；(3)对这些数据进行差分，获得每个能量阈值之间的光子信息，也即得到了能谱。但是在实践中，通过上述过程获得的能谱是严重失真的，这是因为探测器对于入射光子的响应不是理想的。探测器对光子的响应，对于不同的类型的探测器有不同的特点。以常用于光子计数探测器的碲锌镉/碲化镉探测器为例，其对于入射光子的响应失真主要有电荷共享效应、逃逸现象和串扰现象等。这些效应的共同作用造成了能谱的失真。这样的失真造成了应用中对无失真能谱获取的困难。为了解决这样的问题，现有的方法之一为对能谱进行估计，或者使用实验数据对经验公式进行微调，从而得到估计的能谱。或者使用蒙特卡洛方法对探测系统进行精细的建模，对能谱获取过程进行仿真，由仿真结果对实际能谱进行估计。这些能谱估计的方法或者精度有限，或者需要复杂的建模，在实际使用中受到多方面的限制。
技术实现思路
鉴于现有技术中的一个或多个问题，提出了一种重建探测器所探测的射线能谱的方法和装置。根据本专利技术的一个方面，提出了一种重建探测器所探测的能谱的方法，包括步骤：用射线照射被检查物体；利用探测器接收穿透所述被检查物体的射线，将接收到的射线转换为表示探测到的能谱的能谱数据；以及利用事先创建的探测器响应模型通过统计迭代算法基于所述能谱数据重建所述探测器的能谱。根据一些实施例，通过在多个能量段中采集不同靶材料产生的X射线荧光能谱对所述探测器响应模型的参数进行标定，得到所述探测器响应模型的显式表示。根据一些实施例，用随着探测到的能谱能量而变化的权重参数对所述探测器响应模型进行加权，并且所述权重参数是使用二次函数拟合得到的。根据一些实施例，所述探测器响应模型还包括对探测器的特征峰的描述和对逃逸峰的描述。根据一些实施例，对所述重建步骤包括：基于所述数据值进行统计迭代重建，得到入射到探测器的能谱。根据一些实施例，基于下式进行统计迭代重建：其中Di表示探测到的能谱数据，Rij表示所述探测器响应模型的矩阵表示，Sj表示重建的探测器能谱，n为迭代次数。根据一些实施例，所述第二部分被描述为所述第一部分的积分。根据一些实施例，通过在多个能量段中采集不同靶材料产生的X射线荧光能谱对所述探测器响应模型的参数进行标定，得到所述探测器响应模型的显式表示。根据本专利技术的另一方面，提出了一种重建探测器所探测的能谱的设备，包括：射线源，产生射线，照射被检查物体；探测器，接收穿透所述被检查物体的射线，并且将接收到的射线转换为表示探测到的能谱的能谱数据；以及数据处理设备，利用事先创建的探测器响应模型通过统计迭代算法基于所述能谱数据重建所述探测器的能谱。根据一些实施例，通过在多个能量段中采集不同靶材料产生的X射线荧光能谱对所述探测器响应模型的参数进行标定，得到所述探测器响应模型的显式表示。按照上述实施例的方案，能够更为准确地重建探测器所探测的能谱，降低因为探测器导致的入射能谱失真。附图说明为了更好地理解本专利技术，将根据以下附图对本专利技术进行详细描述：图1示出了典型的探测器对单能光子的响应的示意图；图2示出了根据本专利技术实施例的标定探测器响应模型的设备的结构性示意图；图3示出了根据本专利技术实施例的用于模型标定的XRF能谱的一个示例图；图4示出了如图2所示的数据处理设备的结构示意图；图5示出了根据本专利技术实施例的标定探测器响应模型的方法的流程图；图6是描述典型的XRF能谱响应模型的示意图；图7A和图7B是根据本专利技术一个实施方式的检查系统的结构示意图；图8是根据本专利技术实施例的重建探测器所探测到的能谱的方法的示意性流程图；图9是描述根据本专利技术实施例的能谱重建结果的一个示例图；以及图10是描述根据本专利技术实施例的能谱重建结果的另一示例图。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了提供对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本专利技术。在其他实例中，为了避免混淆本专利技术，未具体描述公知的结构、材料或方法。使用探测器获得的射线能谱由于多种效应的作用，存在严重的失真，对于依赖能谱信息的多种X/γ射线来说，会严重影响其精度。现有的能谱估计方法在实用性和精确性上受到多方面的限制。针对现有技术中探测器入射能谱失真的问题，本专利技术的实施例提出建立更为精细的探测器响应模型，并且在此模型的基础上从探测器探测的能谱值重建入射到探测器的能谱，消除了因为探测器导致的能谱失真。对于一个携带某种能量的入射光子，探测器的输出在能谱的能量轴上呈概率分布。入射能谱在被探测过程中的失真可以描述为入射能谱与探测器的能量响应函数作用的过程：D(ED)＝∫R(ED,ES)S(ES)dES(1)其中，ES和ED分别是入射能谱能量与探测到的能谱能量；S(ES)和D(ED)分别为入射能谱与探测到的能谱；R(ED,ES)为探测器的能量响应函数，也称为响应模型。如图1所示，单能光子的探测器响应可以分为高斯峰和基线两个部分。在所关注的能量范围内，可以近似认为每种物质的XRF能谱有两种能量的单能射线，分别为Kα和Kβ射线，接下来建立单能射线的响应模型，再将其组合为XRF(X射线荧光)的响应模型。由于随机效应的影响，具有能量E的射线在能谱中的计数呈现概率分布，在模型中使用高斯峰进行描述：其中，σ(E)为标准差，近似为入射能量线性表达：σ(E)＝c1+c2E(3)ED为实际探测到的能谱能量，c1和c2为常数参数。在上述高斯峰模型的基础上，可以将基线的主要部分描述为高斯峰的积分，这是由于基线部分的计数是由高斯峰处的光子经过失真效应的作用产生的。由于失真效应对靠近高斯峰处影响大，远离高斯峰处影响逐渐减小，因此还需要一个随ED变化的权重参数：其中权重参数使用二次函数进行拟合：w(ED,E)＝c3ED2+c4ED+(c5E+1)(5)上式中c3、c4和c5均为常数参数。基于不同探测器晶体材料的特点，对于存在逃逸现象的探测器，可以加入探测器特征峰和逃逸峰的描述。以碲锌镉探测器为例，特征峰和逃逸峰可以分别描述为：其中ECd和ETe分别为镉和碲的XRF能量(以Kα能量近似)，c6为常数参数。然后，分别写出Kα和Kβ峰的响应，并赋予权重，XRF的响应可以写成：其中单能峰的模型为：为拟合用的强度参数，便于对实验数据的拟合，并且c7、c8、c9、c10、c11、c12均为常数参数。这样，在使用数种产生XRF的材料对数据进行拟合后，即可从中获取我们需要的单能响应方程：R(ED,E)＝RPeak(ED,E)(9)在实验中，为了获取有意义的强度信息，通过统计实验能谱在[E/2,∞]能量范围内的光子数，作为入射能谱的强度。这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重建探测器所探测的能谱的方法，包括步骤：用射线照射被检查物体；利用探测器接收穿透所述被检查物体的射线，将接收到的射线转换为表示探测到的能谱的能谱数据；以及利用事先创建的探测器响应模型通过统计迭代算法基于所述能谱数据重建所述探测器的能谱。

【技术特征摘要】
1.一种重建探测器所探测的能谱的方法，包括步骤：用射线照射被检查物体；利用探测器接收穿透所述被检查物体的射线，将接收到的射线转换为表示探测到的能谱的能谱数据；以及利用事先创建的探测器响应模型通过统计迭代算法基于所述能谱数据重建所述探测器的能谱。2.如权利要求1所述的方法，其中通过在多个能量段中采集不同靶材料产生的X射线荧光能谱对所述探测器响应模型的参数进行标定，得到所述探测器响应模型的显式表示。3.如权利要求2所述的方法，其中所述探测器响应模型是基于作为高斯峰的第一部分和作为基线的第二部分的组合而确定的，并且所述第二部分是第一部分的函数。4.如权利要求3所述的方法，其中用随着探测到的能谱能量而变化的权重参数对所述探测器响应模型进行加权，并且所述权重参数是使用二次函数拟合得到的。5.如权利要求2所述的方法，其中所述探测器响应模型还包括对探测器的特征峰的描述和对逃逸峰的描述。6.如权利要求1所述的方法，其中基于下式进行统计迭代重建：其中Di表示探测到的能谱数据，Rij表示所述探测器响应模型的矩阵表示，Sj表示重建的探测器能谱，n为迭代次数。7.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亮，陈志强，张丽，赵自然，邢宇翔，康克军，张岚，李睿哲，
申请(专利权)人：清华大学，同方威视技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11