基于X射线衍射的光子计数探测器能量响应标定系统技术方案

本申请公开了一种基于X射线衍射的光子计数探测器能量响应标定系统，包括：X射线源；将X射线形成笔束X射线的笔束准直器，晶体样本，笔束X射线照射晶体样本后产生衍射X射线；阻挡笔束X射线透过晶体样本后形成的透射X射线的透射阻挡器，探测衍射X射线的特征衍射能量的光子计数探测器；控制器，用于调整X射线源参数筛选到达光子计数探测器的预设特征衍射能量，以及控制光子计数探测器平移，使得光子计数探测器与衍射X射线的衍射角在预设角度范围内连续变化，测量光子计数探测器在每个位置的预设特征衍射能量下的探测器能量响应，进行光子计数探测器能量响应标定。该系统无需依赖仿真建模及数学参数模型，可直接进行探测器的能量响应标定。标定。标定。

【技术实现步骤摘要】
基于X射线衍射的光子计数探测器能量响应标定系统


[0001]本申请涉及辐射成像
，特别涉及一种基于X射线衍射的光子计数探测器能量响应标定系统。

技术介绍

[0002]X射线成像在医疗、安检、工业检测等多个领域发挥重要作用。近年来光子计数探测器技术取得重大突破，其具有灵活可调的多能量阈值，为X射线成像带来新的动力。在透射成像方面，光子计数探测器是能谱CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)的关键，其使能谱CT可以从等效原子序数和电子空间密度出发对材料更好辨。在X射线荧光成像中，光子计数探测器通过阈值设定排除多余的康普顿散射干扰并利用特定能量的X射线荧光光子。而在基于能量色散的X射线衍射物质识别或X射线衍射断层成像则依赖于多能窗高能量分辨率的光子计数探测器获取物质衍射谱，对光子计数探测器的性能有着更高的要求。尽管光子计数探测器在多种辐射成像任务中起到重要作用，但光子计数器内由于载流子的统计涨落导致的探测器测量能谱展宽，由电荷漂移导致不同探测器像素之间电荷共享效应。这些效应均导致探测器测量能谱远离真实入射能谱，并影响其在各任务中的性能表现。有效的探测器能量响应特性标定方法是校正探测器非理想能量响应和提升探测器性能的关键。
[0003]目前，光子计数探测器能量响应模型获取方式整体可用三类概括。第一类是基于仿真方法的探测器响应建模，这类方法利用探测器的关键参数如探测器厚度、材质，通过解析或蒙特卡洛仿真获得探测器响应。该类方法无需实际实验，所获得探测器响应模型稳定，然而对仿真过程的准确性要求严格，并且无法将因探测器而异的工艺因素建模进去；第二类是基于实际实验的探测器响应标定方法。该类方法首先采用含参公式对探测器响应建模，随后通过金属粉末荧光实验对公式中参数拟合。该类方法由于采用实际测量数据对参数标定，因此探测器工艺对性能的影响被包含，所标定探测器响应也更接近真实，但该方法过于依赖含参公式的设计，实际探测器响应函数通常是非解析的，公式化会引入额外误差。另一方面，金属粉末荧光实验标定法中荧光能量是离散的，仅有固定的数种荧光金属可用于探测器标定，能量无法连续改变，样本量小；第三类是仿真与实验标定的结合的探测器建模方法，其在第一步采用仿真方法对探测器响应建模，随后采用含参公式对仿真探测器响应模型修正，并通过金属粉末荧光实验拟合公式参数，这种方法既减轻了探测器响应对公式形式的依赖，又可将探测器工艺影响因素融入，但其实施更为复杂，且金属粉末荧光实验的非单色性及能量离散性问题仍然未得到解决。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种基于X射线衍射的光子计数探测器能量响应标定系统及方法，无需依赖仿真建模及数学参数模型，可直接进行探测器的能量响应标定。
[0005]本申请第一方面实施例提供一种基于X射线衍射的光子计数探测器能量响应标定
系统，包括：
[0006]X射线源，用于产生X射线；
[0007]笔束准直器，用于将所述X射线形成笔束X射线；
[0008]晶体样本，所述晶体样本设置在所述笔束X射线传播路径上，以使所述笔束X射线照射所述晶体样本后产生衍射X射线；
[0009]透射阻挡器，用于阻挡所述笔束X射线透过所述晶体样本后形成的透射X射线；
[0010]光子计数探测器，用于探测所述衍射X射线的特征衍射能量；
[0011]控制器，用于调整所述X射线源参数筛选到达所述光子计数探测器的预设特征衍射能量，以及控制所述光子计数探测器平移，使得所述笔束X射线与所述衍射X射线的衍射角在预设角度范围内连续变化，并接收所述光子计数探测器在不同位置探测的多个预设特征衍射能量，测量所述光子计数探测器在每个预设特征衍射能量下的探测器能量响应，进行光子计数探测器能量响应标定。
[0012]可选地，在本申请的一个实施例中，在所述衍射角为θ时，所述衍射X射线的特征衍射能量E
i
(θ)为：
[0013][0014]其中，q
i
为所述晶体样本的特征衍射谱线，h为普朗克常数，c为光速，θ为所述笔束X射线与所述衍射X射线的衍射角。
[0015]可选地，在本申请的一个实施例中，所述控制器进一步用于调整所述X射线源的电压位于预设电压区间，以使所述光子计数探测器仅探测所述预设特征衍射能量。
[0016]可选地，在本申请的一个实施例中，所述预设电压区间为(E1(θ)/e,E2(θ)/e)，其中，e为电子电量。
[0017]可选地，在本申请的一个实施例中，所述光子计数探测器在每个预设特征衍射能量下的探测器能量响应为：
[0018][0019]其中，表示入射到所述光子计数探测器的特征衍射能量为单能E时，所述光子计数探测器探测到的能量为h的概率，θ
max
为最大衍射角，θ
min
为最小衍射角，E1(θ
max
)为衍射角为θ
max
时第一级特征衍射谱线对应的特征衍射能量，E1(θ
min
)为衍射角为θ
min
时第一级特征衍射谱线对应的特征衍射能量。
[0020]可选地，在本申请的一个实施例中，所述晶体样本的第一级特征衍射谱线强度大于预设强度，且所述第一级特征衍射谱线位置与第二级特征衍射谱线位置差值大于预设距离。
[0021]可选地，在本申请的一个实施例中，所述晶体样本为粉末晶体样本或多晶样本。
[0022]可选地，在本申请的一个实施例中，所述控制器包括：第一校正组件，用于在所述衍射角存在展宽时，对所述标定系统进行几何建模，计算所述光子计数探测器在每个位置对应的衍射角分布，并根据所述衍射角分布校正所述探测器能量响应。
[0023]可选地，在本申请的一个实施例中，所述控制器包括：第二校正组件，用于在所述光子计数探测器探测到除所述预设特征衍射能量以外的特征衍射能量时，从高能量至低能量逐步对所述探测器能量响应进行高阶衍射谱校正，扣除混入的高阶衍射谱。
[0024]本申请第二方面实施例提供一种基于X射线衍射的光子计数探测器能量响应标定方法，利用上述的基于X射线衍射的光子计数探测器能量响应标定系统，所述标定方法包括以下步骤：设定所述X射线源参数，使得所述光子计数探测器探测所述衍射X射线的预设特征衍射能量；控制所述光子计数探测器平移，使得所述光子计数探测器位置处，所述笔束X射线与所述衍射X射线的衍射角在预设角度范围内连续变化；接收所述光子计数探测器在不同位置探测的多个预设特征衍射能量，并测量所述光子计数探测器在每个预设特征衍射能量下的探测器能量响应，进行光子计数探测器能量响应标定。
[0025]本申请实施例的基于X射线衍射的光子计数探测器能量响应标定系统及方法，利用晶体衍射特征峰从常规连续能量入射X射线中产生特征单能X射线，通过连续调整光子计数探测器相对于晶体位置改变衍射角从而改变衍射X射线能量，实现连续可调能量响应的标定，是一种新的非依赖仿真建模及数学参数模型的准确便捷的X射线光子计数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于X射线衍射的光子计数探测器能量响应标定系统，其特征在于，包括：X射线源，用于产生X射线；笔束准直器，用于将所述X射线形成笔束X射线；晶体样本，所述晶体样本设置在所述笔束X射线传播路径上，以使所述笔束X射线照射所述晶体样本后产生衍射X射线；透射阻挡器，用于阻挡所述笔束X射线透过所述晶体样本后形成的透射X射线；光子计数探测器，用于探测所述衍射X射线的特征衍射能量；控制器，用于调整所述X射线源参数筛选到达所述光子计数探测器的预设特征衍射能量，以及控制所述光子计数探测器平移，使得所述笔束X射线与所述衍射X射线的衍射角在预设角度范围内连续变化，并接收所述光子计数探测器在不同位置探测的多个预设特征衍射能量，测量所述光子计数探测器在每个预设特征衍射能量下的探测器能量响应，进行光子计数探测器能量响应标定。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述衍射角为θ时，所述衍射X射线的特征衍射能量E
i
(θ)为：其中，q
i
为所述晶体样本的特征衍射谱线，h为普朗克常数，c为光速，θ为所述笔束X射线与所述衍射X射线的衍射角。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步用于调整所述X射线源的电压位于预设电压区间，以使所述光子计数探测器仅探测所述预设特征衍射能量。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述预设电压区间为(E1(θ)/e,E2(θ)/e)，其中，e为电子电量。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述光子计数探测器在每个预设特征衍射能量下的探测器能量响应为：其中，表示入射到所述光子计数探测器的特征衍射能量为单能E时，所述光子计数探测器探测到的能量为h的概率，θ
max
为最大衍射角，θ
min
为最小衍射角，E1(θ
max

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽，梁凯超，邢宇翔，陈志强，高河伟，王振天，邓智，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：