一种闪烁脉冲信息复原的方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数字信号处理、光电信号处理和辐射探测领域，尤其涉及一种闪烁脉 冲信息复原的方法及系统。
【背景技术】
[0002] 在正电子寿命谱仪、正电子角度-动量关联分析仪等核分析领域，双符合高能粒 子K别器等核探测领域，以及正电子发射断层成像（Positron Emission Tomography,以下 简称PET)等医学影像领域，探测高能粒子的主要工作原理是把高能射线转化为电信号，再 利用快电子学得到粒子事件的各种信息。在一些带有符合逻辑运算和时间标记的仪器应用 中，对闪烁脉冲进行整形放慢会影响其时间性能，并增加事件脉冲发生堆积的概率，所以将 闪烁脉冲直接进行数字化更加能够满足这种需求。
[0003] 较为完整的对闪烁脉冲进行数字化是采用高带宽高采样率的模拟数字转换器 (Analog to Digital Converter,以下简称ADC)直接对闪烁脉冲进行采样和量化。这种数 字化方法的成本较高，不能满足多通道系统的实际需求。为了减少这种数字化方案的成本， 有两种精简模式，一种是采用降低采样率的方式。由于采样频率较低，无整形的闪烁脉冲信 号的高频部分不但不能被采样，反而会由于频域的混叠，影响到奈奎斯特频率附近的分量 的精确度。为了缓解这种不足，会在闪烁脉冲输出和数字化之间添加一个整形环节。这个 整形环节把闪烁脉冲高于奈奎斯特频率的分量进行衰减而保存了闪烁脉冲的低频分量，其 作用是减少闪烁脉冲数字化在频率的混叠，但由于奈奎斯特频率本身的限制，超过该频率 的分量始终是不能被采样到的。
[0004] 除了在时间轴上对ADC进行精简以外，还有一种方式是对ADC在电压轴上进行精 简。在电压轴上进行精简的ADC可以利用开环设计提高有效带宽，适合于高速信号处理。 例如，若干个比较器/ADC单元的数字化方法，或者是开路时间交织的ADC都属于这个范畴。 这种ADC的特点是高采样率高带宽，但量化精度有限。由于闪烁脉冲具有比较鲜明的先验 知识，通过利用这些知识可以显著提高数字化后信号复原的精度和优化量化电平的设置。
[0005] 因此，针对上述稀疏量化电平ADC，有必要提供一种新的烁脉冲信息复原的方法及 系统，以解决现有技术中存在的问题。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种闪烁脉冲信息复原的方法及系统，一方面， 显著提高数字化后信号复原的精度；另一方面，优化量化电平的设置可以获取更多的事件 信息。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0008] -种闪烁脉冲信息复原的方法，其具体包括步骤：
[0009] Sl :获取低计数下的非堆积符合单事件的闪烁脉冲数据库，再对各路单事件的闪 烁脉冲数据库建立闪烁脉冲的噪声模型，对各路非堆积符合单事件的闪烁脉冲数据库求平 均脉冲，闪烁脉冲的形状信息由平均脉冲给定；
[0010] S2:根据闪烁脉冲的噪声模型计算给定能量值的后验概率对数值，具体包括步 骤：
[0011] (2. 1)载入一个闪烁脉冲片段Stl，该闪烁脉冲片段的起点是向上过阈值V1的时间 点h，终点是At，其中At是一个大于闪烁晶体下降沿时间常数两倍的值，根据脉冲噪 声模型，计算给定能量值的似然函数；
[0012] (2. 2)将所有时间点取对数，再相加，得到一个单调性与后验概率相同的函数的具 体值；
[0013] S3 :通过计算反复地调用步骤S2,获得满足最大后验概率条件的能量值，具体包 括步骤：
[0014] (3. 1)将步骤S2作为一个模块反复调用，计算不同试探能量值的后验概率；
[0015] (3. 2)线性搜索满足最大后验概率的能量值；
[0016] (3. 3)计算得到能量值后，根据能量值校准2. 1中的时间基点，再重复3. 1和3. 2。
[0017] 优选的，在上述闪烁脉冲信息复原的方法中，所述步骤Sl中闪烁脉冲数据库中的 样本数在2000个以上。
[0018] 优选的，在上述闪烁脉冲信息复原的方法中，所述步骤Sl中闪烁脉冲的噪声模型 包括特征：闪烁脉冲形状、闪烁脉冲高度、闪烁脉冲噪声水平。
[0019] 优选的，在上述闪烁脉冲信息复原的方法中，所述步骤Sl中求平均脉冲的具体步 骤包括：
[0020] (1. 1)降低射源的辐射剂量得到弱源，通过弱源或调整弱源对探测器的立体角，降 低每个探测器捕获的高能光子数，每个探测器接收到的事件是一个泊松流，其平均计数率 为
[0021]
【主权项】
1. 一种闪烁脉冲信息复原的方法，其特征在于：具体包括步骤： 51 :获取低计数下的非堆积符合单事件的闪烁脉冲数据库，再对各路单事件的闪烁脉 冲数据库建立闪烁脉冲的噪声模型，对各路非堆积符合单事件的闪烁脉冲数据库求平均脉 冲，闪烁脉冲的形状信息由平均脉冲给定； 52 :根据闪烁脉冲的噪声模型计算给定能量值的后验概率对数值，具体包括步骤： (2. 1)载入一个闪烁脉冲片段Stl，该闪烁脉冲片段的起点是向上过阈值V1的时间点h， 终点是h+At，其中At是一个大于闪烁晶体下降沿时间常数两倍的值，根据脉冲噪声模 型，计算给定能量值的似然函数； (2. 2)将所有时间点取对数，再相加，得到一个单调性与后验概率相同的函数的具体 值； 53 :通过计算反复地调用步骤S2,获得满足最大后验概率条件的能量值，具体包括步 骤： (3. 1)将步骤S2作为一个模块反复调用，计算不同试探能量值的后验概率； (3. 2)线性搜索满足最大后验概率的能量值； (3. 3)计算得到能量值后，根据能量值校准2. 1中的时间基点，再重复3. 1和3. 2。
2. 根据权利要求1所述的闪烁脉冲信息复原的方法，其特征在于：所述步骤Sl中闪烁 脉冲数据库中的样本数在2000个以上。
3. 根据权利要求1所述的闪烁脉冲信息复原的方法，其特征在于：所述步骤Sl中闪烁 脉冲的噪声模型包括特征：闪烁脉冲形状、闪烁脉冲高度、闪烁脉冲噪声水平。
4. 根据权利要求1所述的闪烁脉冲信息复原的方法，其特征在于：所述步骤Sl中求平 均脉冲的具体步骤包括： (1. 1)降低射源的辐射剂量得到弱源，通过弱源或调整弱源对探测器的立体角，降低每 个探测器捕获的高能光子数，每个探测器接收到的事件是一个泊松流，其平均计数率为 a m (1) 其中，Hii和qi分别是弱源的剂量和弱源对探测器的立体角，i是弱源的序数，η是弱源 的个数； (1. 2)按照恒定系数鉴别方法或前沿甄别方法对齐脉冲； (1. 3)对对齐后的脉冲取平均。
5. 根据权利要求4所述的闪烁脉冲信息复原的方法，其特征在于：所述步骤Sl中对齐 脉冲后，同一个能量值的闪烁脉冲在一个时间点上能量值会有一个分散的分布，这个分布 被定义为脉冲的噪声模型，噪声模型的参数留作计算给定能量值的后验概率值。
6. 根据权利要求1所述的闪烁脉冲信息复原的方法，其特征在于：所述步骤Sl还包 括：将一能量区间选择的符合脉冲对认定为单事件脉冲对，将此数字化的电脉冲预先存储 后，进行离线分析，通过对齐脉冲对，获得平均脉冲信号，将平均脉冲作为系统响应，将数字 脉冲加和，得到单事件数据的能谱。
7. -种闪烁脉冲信息复原的系统，其特征在于：包括涨落模型模块、后验概率模块及 能量值搜索模块，其中， 所述涨落模型模块用于对预采集的低计数率数据进行训练，获得闪烁探测器系统的涨 落模型，该涨落模型表征平均脉冲、噪声方差和噪声分布偏度，该噪声模型提供给后验概率 模块； 所述后验概率模块用于后验概率的计算，获得给定能量值的后验概率对数值； 所述能量值搜索模块用于搜索满足最大后验概率条件的能量值。
8. 根据权利要求7所述的闪烁脉冲信息复原的系统，其特征在于：所述涨落模型模块 包括平均脉冲模块、脉冲噪声模块及概率密度分布模块，其中， 所述平均脉冲模块用于计算单事件的平均脉冲； 所述脉冲噪声模块用于计算单事件脉冲的噪声方差； 所述概率密度分布模块用于估计噪声的概率密度分布函数。
9. 根据权利要求1所述的闪烁脉冲信息复原的系统，其特征在于：所述后验概率模块 包括似然函数分布模块及时间点乘积模块，其中， 所述似然函数分布模块按照给定能量值和涨落模型模块输入的脉冲噪声模型计算每 个点的似然函数值； 所述时间点乘积模块负责计算后验概率对数值。
10. 根据权利要求1所述的闪烁脉冲信息复原的系统，其特征在于：所述能量值搜索模 块包括试探能量计算模块、线性搜索模块及时间基点校正模块，其中， 所述试探能量计算模块通过调用后验概率模块计算出每个试探能量的后验概率对数 值； 所述线性搜索模块通过线性搜索算法计算满足最大后验概率条件的能量值； 所述时间基点校正模块校正样本的时间基点，并重复调用试探能量计算模块和线性搜 索模块。
【专利摘要】一种闪烁脉冲信息复原的方法，其包括步骤：获取低计数下的非堆积符合单事件的闪烁脉冲数据库，再对各路单事件的闪烁脉冲数据库建立闪烁脉冲的噪声模型；根据闪烁脉冲的噪声模型计算给定能量值的后验概率对数值；通过计算反复地调用第二步骤，获得满足最大后验概率条件的能量值。一种闪烁脉冲信息复原的系统，其包括涨落模型模块、后验概率模块及能量值搜索模块。本发明闪烁脉冲信息复原的方法及系统，有效提高了系统能量计算精确度，特别适合于稀疏量化电平ADC数字式核仪器的能量计算。
【IPC分类】G01T7-00, G01T1-20
【公开号】CN104656119
【申请号】CN201310585902
【发明人】谢庆国, 邓贞宙
【申请人】苏州瑞派宁科技有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月19日
【公告号】WO2015074312A1