双端读出探测器的作用深度定位分辨率快速确定方法技术

本发明专利技术公开了一种双端读出探测器的作用深度定位分辨率的快速确定方法，利用非准直源照射探测器并采集一定数目的伽马光子事件，记录每一个伽马光子事件的晶体两端光电转换器件的输出，计算两端光电转换器件输出信号差异的统计分布，提取该统计分布的两个边界位置，利用非准直源测量数据测量探测器模块对对应能量射线源的能量分辨率，结合作用深度定位分辨率与上述参数之间的关系，快速计算出探测器模块的作用深度定位分辨率。与现有技术相比，本发明专利技术不依赖准直伽马源，将作用深度定位分辨率的相关因素表征为两端光电转换器件的输出差异的统计展宽程度，并最终与探测器模块对对应能量的伽马射线的能量分辨率建立相关关系，快速确定双端读出探测器的作用深度定位分辨率。

【技术实现步骤摘要】
双端读出探测器的作用深度定位分辨率快速确定方法
本专利技术属于晶体探测器中物理参数的测定
，具体而言，本专利技术涉及一种双端读出探测器的作用深度定位分辨率的快速确定方法。
技术介绍
当前，射线作用深度(Depth-of-Interaction,DOI)探测器(DOI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(PositronEmissionTomography,PET)中，利用射线作用深度探测器可以有效地降低视差效应(ParallaxEffect)的影响，进而提高伽马成像系统的空间分辨率。在康普顿相机成像系统中，利用射线作用深度探测器可以提高获得的康普顿散射光子的散射方向的精度进而提升伽马源的方向定位信息的精确性。在射线作用深度探测器中，双端读出晶体探测器是最重要的一种之一，其核心思想是伽马光子入射在闪烁晶体内沉积能量，产生闪烁光子，闪烁光子在晶体内部输运，最终到达晶体两端的光电转换器件，被转换为电信号输出。利用两端光电转换器件输出信号幅度或电流大小的差异获取伽马光子在晶体内的作用深度位置信息。其中，双端读出晶体探测器的作用深度定位分辨率很大程度上取决于射线作用于晶体不同深度位置处时晶体两端的光电转换器件的输出信号的差异程度，本质上该差异程度由闪烁光子在晶体内的输运过程决定，因此探测器的作用深度定位分辨率与晶体探测器中闪烁晶体的尺寸、表面处理方式(晶体侧表面的打磨程度(粗糙或者光滑程度)以及晶体侧表面的反射膜等)和光产额息息相关。通常的双端读出晶体探测器从晶体两端读出信号，利用两端读出信号大小的差异来计算伽马光子在晶体内的作用深度信息，从而实现伽马光子的三维作用位置信息的获取。其构成例如是由像素化的LYSO晶体阵列在两端耦合SiPM阵列组成的双端读出晶体探测器。对于双端输出探测器而言，作用深度定位分辨率是评估双端输出探测器设计方案优劣的关键评判指标之一。在实际的探测器方案设计优化中，往往需要快速测量探测器的作用深度定位分辨率以定量评判不同探测器的设计方案的优劣。但是，在现有的技术方案中，通常采用准直的伽马放射源照射探测器的一系列的深度位置同时记录两端光电转换器件的输出响应，进而获取作用深度位置随两端光电转换器件的输出响应的相关关系，基于该相关关系进一步根据不同作用深度位置处的两端的光电转换器件的输出响应的展宽程度定量评估探测器模块的作用深度定位分辨率。其中，现有利用准直源照射测试DOI分辨率的大致步骤如下：1.用准直源去照射晶体探测器的一系列不同深度位置，获取在给定的深度位置处的探测器两端的输出响应S1和S2；2.利用通过所测量的一系列的DOI位置的数据，利用线性拟合获取k和c的值，计算在每一个位置处的的展宽程度(即分布曲线的半高宽)，与k值相乘获取DOI分辨率的值。由于需要用到准直放射源，作用深度定位分辨率的测量过程繁琐且耗时，不能快速给出不同双端读出探测器模块设计方案的优劣评判，而且容易引入准直误差而影响所计算的作用深度定位分辨率的精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双端读出探测器的作用深度定位分辨率的快速确定方法，该方法能够不依赖准直伽马源，直接将作用深度定位分辨率的相关因素表征为两端光电转换器件的输出差异的整体统计展宽程度，并最终与探测器模块对对应能量的伽马射线的能量分辨率建立相关关系，实现双端读出探测器的作用深度定位分辨率的快速确定。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：双端读出探测器的作用深度定位分辨率的快速确定方法，该方法利用非准直伽马放射源照射探测器中的闪烁晶体，根据闪烁晶体两端的光电转换器件输出信号差异的统计分布建立作用深度位置与两端光电器件输出电信号的信号幅度或电流大小差异的相关关系，进一步通过测量两端输出信号之和的统计分布计算探测器对对应能量伽马光子的能量分辨率，通过所述能量分辨率与两端光电转换器件输出信号差异的统计展宽程度比值，再乘以闪烁晶体长度定量确定双端读出探测器的作用深度定位分辨率。进一步地，所述方法的具体实现过程，包括以下步骤：1)将非准直源放置于双端读出晶体探测器侧上方，伽马射线入射探测器的晶体侧表面，采集一定的伽马光子事件计数，对于每一个伽马事件，记录两端的光电转换器件的输出电信号S1和S2；2)根据所有伽马光子事件的两端光电转换器件的输出信号S1和S2，计算(S1-S2)/(S1+S2)的统计分布，从所述统计分布曲线上提取其边界位置，其中左边界选取为所述统计分布曲线主上升区段、当所述计数从所述极大值A下降至A/2时对应的所述(S1-S2)/(S1+S2)的值a，右边界选取为所述统计分布曲线主下降区段、当所述计数从所述极大值B下降至B/2时对应的所述(S1-S2)/(S1+S2)的值b；3)根据所有伽马光子事件的两端光电转换器件的输出信号S1和S2，计算(S1+S2)的统计分布，从所述统计分布曲线上选取对应伽马光子能量的光电峰，对光电峰区域做高斯拟合，得到光电峰对应的(S1+S2)的值S0以及光电峰区域的半高宽FWHM，进而计算探测器模块对所述能量伽马光子的能量分辨率η＝FWHM/S0；4)定量计算出双端读出晶体探测器的作用深度定位分辨率R＝L*η/(|a|+|b|)，其中L为双端读出晶体探测器的晶体长度，η为步骤3)中测得的该探测器对对应能量的伽马光子的能量分辨率，a和b为步骤2)中测得的(S1-S2)/(S1+S2)的统计分布曲线的边界值。其中，非准直源为非准直伽马放射源。其中，伽马放射源的核素优选为Cs-137、Na-22、Tc-99m，I-131或F-18。其中，光电转换器件包括PMT，或硅光电倍增器件SiPM。其中，双端读出晶体探测器中的晶体类型包括LYSO、LSO、CsI(Tl)、GAGG、YSO。其中，伽马光子事件即一个伽马光子与晶体发生作用产生输出信号，构成一个伽马事件，计数就是指伽马光子事件发生作用的数目。其中，记录输出的电信号S1和S2是指记录输出电信号的信号幅度或电流的大小。相对于现有的作用深度定位分辨率确定方法，由于无需使用准直伽马放射源，本专利技术的方法大幅度简化了作用深度定位分辨率的评估流程，能够快速给出不同双端读出探测器模块设计方案的优劣评判结果，同时避免了准直误差引入的测量的作用深度定位分辨率的非精确性。其优势在于：1.不需要准直源(利用准直源单位时间能采集的伽马光子数会少很多)，节省了时间；2.不需要采集多个作用深度位置的伽马光子事件；3.数据处理过程的简化(不需要额外的线性拟合计算k和c的值)。附图说明图1是本专利技术双端读出探测器的作用深度定位分辨率的快速评估方法的流程图；图2是本专利技术方法中使用的双端读出晶体探测器的示意图；图中，1、闪烁晶体；2、闪烁晶体一端的光电转换器件；3、闪烁晶体另一端的光电转换器件；4、非准直照射伽马源；L、晶体长度；图3是本专利技术方法中在非准直源的照射条件下，双端输出信号的差异(S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.双端读出探测器的作用深度定位分辨率的快速确定方法，其中，该方法利用非准直伽马放射源照射探测器中的闪烁晶体，根据闪烁晶体两端的光电转换器件输出信号差异的统计分布建立作用深度位置与两端光电器件输出电信号的信号幅度或电流大小差异的相关关系，进一步通过测量两端输出信号之和的统计分布计算探测器对对应能量伽马光子的能量分辨率，通过所述能量分辨率与两端光电转换器件输出信号差异的统计展宽程度比值，再乘以闪烁晶体长度定量确定双端读出探测器的作用深度定位分辨率。/n

【技术特征摘要】
1.双端读出探测器的作用深度定位分辨率的快速确定方法，其中，该方法利用非准直伽马放射源照射探测器中的闪烁晶体，根据闪烁晶体两端的光电转换器件输出信号差异的统计分布建立作用深度位置与两端光电器件输出电信号的信号幅度或电流大小差异的相关关系，进一步通过测量两端输出信号之和的统计分布计算探测器对对应能量伽马光子的能量分辨率，通过所述能量分辨率与两端光电转换器件输出信号差异的统计展宽程度比值，再乘以闪烁晶体长度定量确定双端读出探测器的作用深度定位分辨率。


2.如权利要求1所述的快速确定方法，具体实现过程包括以下步骤：
1）将非准直源放置于双端读出晶体探测器侧上方，伽马射线入射探测器的晶体侧表面，采集一定数量的伽马光子事件，对于每一个伽马光子事件，记录两端的光电转换器件的输出电信号S1和S2；
2）根据所有伽马光子事件的两端光电转换器件的输出信号S1和S2，计算(S1-S2)/(S1+S2)的统计分布，从所述统计分布曲线上提取其边界位置，其中左边界选取为所述统计分布曲线主上升区段、当所述计数从所述极大值A下降至A/2时对应的所述(S1-S2)/(S1+S2)的值a，右边界选取为所述统计分布曲线主下降区段、当所述计数从所述极大值B下降至B/2时对应的所述(S1-S2)/(S1+S2)的值b；
3）根据所有伽马光子事件的两端光电转换器件的输出信号S1和S2，计算(S1+S2)的统计分布，从所述统计分布曲线上选取对应伽马光子能量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：范鹏，夏彦，赵春晴，杨晓宁，张磊，肖庆生，徐靖皓，孙继鹏，翟睿琼，冯思亮，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11