[发明专利]面向医用CT的重构解析X射线能谱的方法

摘要

本发明主要涉及半导体光电探测及X射线能谱解析领域，为解决现有的能谱解析计算方法主要是通过光电流脉冲的幅值确定X射线光强(光子数)信息，解析结果受射束硬化或电荷堆叠等影响严重，提供一种高精度的重构求解X射线能谱的方法。本发明采用的技术方案是，面向医用CT的重构解析X射线能谱的方法，利用不同厚度的半导体内的光生电荷总数递推得到入射光子数，并根据预设方案调整能谱分段区间及半导体分段区间来重构方程组，进而解析获得多个连续的不同能量段的X射线透过人体后衰减信息。本发明主要应用于半导体光电探测及X射线能谱解析相关设备设计制造场合。

主权项

1.一种面向医用CT的重构解析X射线能谱的方法，其特征是，利用不同厚度的半导体内的光生电荷总数递推得到入射光子数，并根据预设方案调整能谱分段区间及半导体分段区间来重构方程组，进而解析获得多个连续的不同能量段的X射线透过人体后衰减信息；具体步骤细化如下：Step1：确定X射线能谱分段数及相应区间：假设待解析的医用X射线能量范围为(0‑E)Kev，将能谱划分为n个待解析的能量段，进而求解每个能量段范围内X射线的平均光强信息；Step2：确定半导体衬底分段区间：根据待解析的n个X射线能量段在半导体内的平均衰减情况分别确定相应的n处半导体分段位置，将选取每个能量段内最大能量的X射线光子被完全吸收的位置作为分界点，假设一整块半导体衬底的厚度为Sn，并有(0‑S1),(S1‑S2),(S2‑S3),…(Sn‑1‑Sn)分别表示各个分段区间，S1，S2，S3，…Sn‑1，Sn分别对应着能量为E1，E2，E3，…En‑1，E的光子被完全吸收的位置；Step3：确定半导体各分段区间内光生电荷总数：以S1，S2，S3，…Sn‑1，Sn作为边界，分别将(0‑S1),(S1‑S2),(S2‑S3),…(Sn‑1‑Sn)各个半导体区间内的光生电荷组合累加，得到各段范围内光生电荷总数，分别记为Q1，Q2，Q3，…Qn‑1，Qn；Step4：标定方程组系数矩阵kij及误差因子dj(i,j<＝n)，建立kij、dj与半导体位置和厚度相关的详细查找表：与Step2中划分的不同厚度的半导体区间相对应，kij表示在各个半导体区间内，不同能量段的X射线平均光子数与产生的电子数之间的线性比例系数；dj表示在相应厚度半导体内，由于暗电流、射束硬化等带来的误差影响；Step5：联立方程组，解析分段能谱，利用各个不同厚度的半导体内光生电荷总数及kij、dj的查找表，解析对应的分段能谱的方程式如(1)所示，其中I1，I2，I3，…In‑1，In分别代表待解析的各个能量区间内的平均光强即光子数：通过求解上述方程，得到不同能量区间内的平均光强I1，I2，I3，…In‑1，In后，一次完整的分段能谱解析计算过程结束；Step6：通过调整半导体分段区间实现能谱重构解析，具体重构计算方法如下：Step6.1：保持能谱分段区间不变，按预设方案调整半导体分段的边界位置，m种半导体衬底分段方案指的是：半导体分段边界S1，S2，S3…Sn‑1分别在(S11‑S1m),(S21‑S2m),(S31‑S3m)…(Sn‑11‑Sn‑1m)的范围内调整m次；Step6.2：每整体调整一次S1，S2，S3…Sn‑1的位置，将重新跳回到Step2，重新确定半导体衬底分段区间，完成一次完整的能谱解析过程；Step6.3：判断是否重构计算m次，当所有的m种半导体分段方案都被实施后，得到保持能谱分段区间不变的情况下的m组能谱求解结果，完成第一阶段的能谱重构解析过程，否则将继续循环；Step7：通过调整能谱分段区间实现能谱重构解析，具体重构计算方法如下：Step7.1：调整能谱分段的边界位置，p种能谱分段方案指的是：能谱的分段边界E1，E2，E3…En‑1可以分别在(E11‑E1p),(E21‑E2p),(E31‑E3p)…(En‑11‑En‑1p)的范围内调整p次；Step7.2：每整体调整一次E1，E2，E3…En‑1的位置，将重新跳回到Step1，重新确定X射线能谱分段数及相应区间，循环完成m次能谱解析的过程；Step7.3：判断对能谱的动态分段是否实施了p次，当所有的p种能谱分段方案都被实施后，得到改变能谱分段区间的情况下的m*p组能谱求解结果，完成全部的能谱重构解析过程，否则将继续循环。