一种标定伽马相机中光电转换模块增益的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及辐射探测与成像技术领域，特别是涉及采用一整块闪烁晶体耦合多路 光电转换模块阵列的伽马相机，及标定其光电转换模块增益的方法，和采用该方法的系统。
【背景技术】
[0002] 伽马相机广泛应用于核医学影像领域，例如，伽马相机与单光子发射断层成像 设备以及其它辐射探测与成像领域。其中，一种伽马相机通过一整块闪烁晶体，例如碘 化钠（Nal〇!))晶体，将入射的伽马光子转化为可见光子，可见光在闪烁晶体中传播，其 中一部分被耦合在闪烁晶体后端的多路（阵列）光电转换模块，例如真空光电倍增管 (Photomultiplier)，接收并转换成电流脉冲信号然后放大输出，由后续的电子学前置放大 电路进一步放大后经模数转换电路采样，输出代表电流脉冲幅度值的数字化信号，根据采 样多路光电转换模块输出的数字信号，可以测算出伽马光子与闪烁晶体作用位置以及沉积 能量。
[0003] 伽马相机中的光电转换模块的增益可定义为：输出电流脉冲信号的幅度值与输入 的可见光光子数目之间的比例系数。由于光电转换模块的物理特性及生产工艺等原因，不 同光电转换模块的增益有较大差别，同一光电模块的增益也会随着时间及工作环境的变化 而变化，因此对采用上述技术方案的伽马相机，须定期对光电转换模块增益进行标定，从而 保证探测器探测伽马光子的性能指标。
[0004] 在相关技术中已对光电转换模块增益进行标定的两种主要技术方案进行了介绍， 一种是采用LED灯光源发射的光脉冲作为输入，测量输出信号幅度值，由于输入信号比较 稳定且一致性好，因此不同光电转换模块或同一模块在不同时间的输出信号幅度值的变化 则代表了增益的变化。这种方法的优点是简单、直观，缺点主要有三个，一是LED灯光源的 光谱与闪烁晶体的发射光谱并不一致，因此标定的增益值可能不准确；二是这种方法只能 在探头非工作状态下进行标定；三是增加LED会影响光电转换模块的整体设计与布局。另 一种比较广泛的应用的技术思路是，在原有增益设置的基础上，利用Anger算法等方法计 算每个伽马光子与晶体作用位置，当某个伽马光子与晶体之间发生光电效应的作用位置落 在光电转换模块中心坐标附近，例如距离<2mm，则将此光电转换模块的输出信号幅度记录 在输出信号幅度谱中，对于均匀的整块晶体，在光电转换模块中心位置发生光电效应的伽 马光子产生、与被该模块收集的可见光光子数目的平均值都可认为是一致的，因此这种情 况下记录的输出信号幅度谱的峰值正比于该模块的增益值。与第一种方法相比，这种方法 的优点是无需额外光源，并且是在探头正常工作状态下进行标定，准确性更高。但是，该方 法的缺点是，判断伽马光子的位置需要依赖原有的增益值，当增益变化较大时，需要进行多 次迭代标定。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。为此，本发明的一个目 的在于提出一种标定伽马相机中光电转换模块增益的方法，该方法不依懒于原有增益设置 值，因此不受原有增益设置与实际增益之间误差的影响，方法简单。
[0006] 本发明另一个目的在于提出一种使用本发明中标定光电转换模块增益方法的系 统。
[0007] 为达到上述目的，本发明一方面实例提出一种标定伽马相机中光电转换模块增益 的方法，其中，所述伽马相机包括一整块闪烁晶体（非阵列或切割）并耦合了光电转换模 块阵列，所述方法包括：所述闪烁晶体接收准泛场伽马光子放射源的照射产生可见光光子， 所述光电转换模块采集一定数目等效伽马光子所产生的所述可见光光子并输出电信号，后 端电子学将所述输出电信号转换为数字幅度值；根据所述数字幅度值得到每一路光电转换 模块的输出信号幅度谱；对所述每一路光电转换模块的输出信号幅度谱进行分析和特征提 取，以获得入射伽马光子在所述光电转换模块中心位置发生光电效应时的输出信号幅度期 望值；以及根据所述输出信号幅度期望值标定对应所述光电转换模块的增益。
[0008] 根据本发明实施例的标定伽马相机中光电转换模块增益的方法，采用准泛场伽马 光子放射源照射闪烁晶体，不需要精确对应位置，操作简单，通过对输出信号幅度谱进行分 析和特征提取，以获得入射伽马光子在所述光电转换模块中心位置发生光电效应时的输出 信号幅度期望值，进而根据输出信号幅度期望值标定对应光电转换模块的增益，不依赖于 原有增益设置值，因此不受到原有增益设置与实际增益之间误差的影响，此外，该标定方法 可以在伽马相机处于工作状态时进行。
[0009] 其中，所述伽马光子放射源及其摆放可由泛场源优化为准泛场源，其中，在所述伽 马相机未安装准直器时，采用小体积的伽马光子放射源距离所述伽马相机距离大于1倍伽 马相机中伽马探测器最大边长；或者，在所述伽马相机安装准直器时，采用面源形式的伽马 光子放射源接近所述伽马探测器前表面，并且不要求面源严格均匀一致。
[0010] 进一步地，对每一路光电转化模块输出信号幅度谱进行分析和特征提取，得到入 射伽马光子在光电转换模块中心位置发生光电效应时输出信号幅度期望值，具体包括：对 所述输出信号幅度谱进行差分计算；以及从最大幅度值开始向低幅度方向搜寻第一个显著 区域的差分最小值，并将所述差分最小值对应的信号幅度值作为入射伽马光子在对应光电 转换模块中心位置输出信号幅度期望值。
[0011] 进一步地，根据所述输出信号幅度期望值标定对应所述光电转换模块的增益，具 体包括：所述输出信号幅度期望值在扣除等效基线值后正比于所述各路光电转换模块增益 差异，通过设置各路信号放大器增益，以标定对应所述光电转换模块本身的增益差异。
[0012] 为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出采用上述方面方法的系统，该系统 包括：伽马光子放射源，伽马光子放射源及其摆放可由泛场源优化为准泛场源；伽马相机， 所述伽马相机包括伽马探测器、后端电子学和数字信号处理器，其中，所述伽马探测器包括 一整块闪烁晶体（非阵列或切割）和光电转换模块，所述闪烁晶体接收准泛场伽马光子放 射源的照射产生可见光光子，所述光电转换模块采集一定数目等效伽马光子所产生的所述 可见光光子并输出电信号；所述后端电子学，用于将所述输出电信号转换为数字幅度值； 所述数字信号处理器，以标定采集模式采集所述数字幅度值；数据处理装置，所述数据处理 装置根据所述数字幅度值得到每一路光电转换模块的输出信号幅度谱，并对所述每一路光 电转换模块的输出信号幅度谱进行分析和特征提取，以获得入射伽马光子在所述光电转换 模块中心位置发生光电效应时的输出信号幅度期望值，以及根据所述输出信号幅度期望值 标定对应所述光电转换模块的增益。
[0013] 根据本发明实施例的系统，采用准泛场伽马光子放射源照射闪烁晶体，不需要精 确对应位置，操作简单，通过数据处理器对输出信号幅度谱进行分析和特征提取，以获得入 射伽马光子在所述光电转换模块中心位置发生光电效应时的输出信号幅度期望值，进而 根据输出信号幅度期望值标定对应光电转换模块的增益，不依赖于原有增益设置值，因此 不受到原有增益设置与实际增益之间误差的影响，此外，该设备对光电转换模块增益进行 标定时，不影响伽马相机的正常工作。
[0014] 其中，在所述伽马相机未安装准直器时，采用小体积的伽马光子放射源距离所述 伽马相机中伽马探测器距离大于1倍所述伽马探测器最大边长；或者，在所述伽马相机安 装准直器时，采用面源形式的伽马光子放射源接近所述伽马探测器前表面，并且不要求面 源严格均匀一致。
[0015] 进一步地，所述数据处理装置还用于对所述输出信号幅度谱求差分，从最大幅度 值开始向低幅度方向搜寻以获得第一个显著区域的差分最小值，以将所述差分最小值对应 的信号幅度值作为入射伽马光子在对应光电转换模块中心位置发生光电效应时，光电转换 模块输出的信号幅度期望值。
[0016] 进一步地，所述输出信号幅度期望值在扣除等效基线值后正比于所述各路光电转 换模块增益差异，所述数据处理装置还用于设置各路信号放大器增益，以标定对应所述光 电转换模块本身的增益差异。
[0017] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变