[发明专利]x射线能谱探测器的能量解析方法

摘要

本发明涉及计算机断层成像领域，为减少解析过程中的散射噪声误差，保证所选用的能量窗口的解析结果的可靠性，消除解析过程中的统计误差、随机噪声(泊松噪声)误差，以及因为平均能量选取不当而造成的误差，为临床应用中提供高质量，高对比度，低噪声的图像。为此，本发明采取的技术方案是，x射线能谱探测器的能量解析方法，包括两个部分：第一部分：面向边缘入射型层析式能谱探测器的能量积淀系数模拟；第二部分：动态调整探测器分组的可重构能量解析。本发明主要应用于计算机断层成像场合。

主权项

1.一种x射线能谱探测器的能量解析方法，其特征是，包括两个部分：第一部分：面向边缘入射型层析式能谱探测器的能量积淀系数模拟；第二部分：动态调整探测器分组的可重构能量解析；面向边缘入射型层析式能谱探测器的能量积淀系数模拟包含两个步骤：第一，对于单光子的层间能量分布的蒙特卡洛MC(Monte Carlo)模拟；第二，忽略多光子之间碰撞，利用单光子能量积淀结果进行多光子层间能量分布的快速耦合；其中，单光子精确模拟的过程：1、确定光子的能初始状态，包含位置，速度，能量的信息；2、通过自由程的分布函数，见式(1)和(2)，计算下次能量交互事件发生的位置；3、确定能量交互事件的类别：光电效应和康普顿散射；4、根据事件确定光子积淀的能量大小和位置；5、计算经过能量交互事件之后光子的状态；6、判断光子是否已经被完全吸收，如果是则这个光子的模拟过程结束，否则返回步骤2继续模拟，多光子快速耦合则是不断地重复单光子精确模拟，将每个光子的运动看作是独立的。大量模拟后得到沿探测器深度方向上，在l至l+δ厚度内积淀的能量数值Ed(l)，其中l代表探测器的深度，δ是一个微小的正值，则深度在l至l+δ厚度内能量积淀系数Dl,l+δ(E)为Ed(l)/(E×N)，其中E表示光子的能量，N表示模拟的光子数，光子在两次碰撞之间的自由程L的分布函数如下：其中，λ＝μp(E)‑1    (2)其中，μp(E)表示能量为E的光子在探测器像素中的衰减系数；对于可重构的能量解析过程包含五个步骤，第一，对能谱进行划分，将整个X射线能谱分成任意不交叠的M个能量窗口，对于每个能量区间以如下公式计算均值能量：其中，Emin和Emax分别为该能量区间的端点，Em表示第m个区间的平均能量，m≤M；第二，将探测器任意分成K组，对于每一组，列出解析方程：其中，表示通过光子模拟技术得到的，能量为E_m的光子在第t组中积淀的能量的百分比，l_t‑1表示第t组的左边界在像素中的深度,l_t表示第t组的右边界在像素中的深度,I_m表示第m个能量区间的光子能量总和，表示探测器中收集到的第t组的能量，t≤K；第三，对探测器像素的分组方式进行重构，列出该分组下的能谱解析方程组；第四，解出各种分组方式下的能谱解析方程组；第五，将所有解求平均值作为该能谱分组模式下的能量解析结果。