专利名称：一种闪烁探测器余辉矫正方法
技术领域：
本发明涉及辐射检测技术，具体涉及辐射扫描检查系统探测器信号处理，特别是X 射线闪烁探测器的余辉矫正方法。
背景技术：
闪烁探测器是一种常用电离辐射探测器件，主要由闪烁体和光电探测器件如光电 二极管、光电倍增管等组成。闪烁体吸收电离辐射如X射线的能量后发出闪烁光，光电探测 器件将闪烁光信号转换成电信号。闪烁探测器大量应用在辐射扫描检查系统如X射线集装 箱扫描检查系统中，此时辐射源是由电子直线加速器产生的脉冲X射线。工作时由脉冲X射 线和探测器阵列组成一个扇形检测面，被检物体置于脉冲X射线和探测器阵列之间，穿透 被检物体的X射线在探测器阵列上产生一列透射投影，经过探测器转换成电信号并经过信 号采集和A/D转换以及后续的亮度矫正和不一致性矫正(见发明专利公开公报CN1173169) 成为扫描图像的一列数据。随着被检物体和扇形检测面的相对运动，可得到多列扫描数据 构成最终的X射线透射扫描图像。理论上每列扫描数据都应该是独立产生的，这样的扫描数据才能反映此时对应位 置被检物体的内部状态。然而闪烁探测器的余辉现象使得每一列扫描数据和得到此列数据 之前的扫描数据相关。闪烁探测器的余辉是因为其中的闪烁体吸收电离辐射和产生可见光的过程并不 是同步发生的，当X射线被关断之后闪烁体发光的过程并不会马上停止，而是遵从复杂的 指数规律逐步衰减，其衰减过程主要包括本征发光衰减和余辉。本征发光衰减取决于闪烁 体的结构特征，其衰减常数一般称为荧光衰减时间，比如常用的CsI (Tl)闪烁晶体对X射线 的荧光衰减时间是680ns。余辉是由于闪烁体内部的缺陷或杂质造成的发光衰减，一般衰减 时间很长，比如CsI (Tl)闪烁晶体被射线激发3ms之后发光残留值还可能有最大值的5%， 这种发光残留就是余辉。影响闪烁体余辉因素很多闪烁体的制造工艺、闪烁体吸收射线的 时间和剂量、环境的温度等都会对闪烁体余辉的产生影响，其时间常数可以从几毫秒到几 十小时。闪烁体的余辉特性对辐射扫描检查系统的图像质量有着严重影响。尤其是对于快 速检查系统会造成图像伪影。由于累积吸收剂量或者吸收剂量的时间不同，容易造成不同 通道闪烁体的余辉特性差别，这种差别可能会使探测器输出的不一致性矫正失效。针对这种问题一般有两种解决方案，其一是使用低余辉的闪烁体，比如使用CdW04 闪烁晶体替代CsI (Tl)闪烁晶体，后者的余辉在3ms之后仅为0.1%。然而由于适用的低 余辉闪烁体的价格往往很高，对动辄上千或几千个通道的辐射扫描成像系统会增加很多成 本。另外一个解决办法是事先测量出闪烁体余辉的时间常数，在图像处理的算法中进行消 除。然而由于影响闪烁体余辉的因素很多，尤其是由于闪烁体的累积吸收剂量和本次测量 之前的所有测量数据都有关联，因此会增加大量复杂的计算，这也给实际应用增加很多困 难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种辐射扫描检查系统中闪烁探测器的余辉矫正办法，尤 其是在使用脉冲射线源的扫描成像系统中能够有效地降低甚至消除闪烁体余辉对扫描图 像的影响。为了实现上述发明目的，本发明提出一种探测器余辉的矫正方法，包括如下步 骤首先设定在测量本底数据和测量信号数据时具有相同的积分时间；在无射线时测量探测器的初始本底数据的第1测量步骤；在出射线时刻测量探测器的信号数据的第2测量步骤；在停止出射线期间测量探测器的本底数据的第3测量步骤；在出射线时刻测量探测器的信号数据的第4测量步骤；重复上述第3测量步骤和第4测量步骤直到扫描完成；每次出射线时测量的探测器的信号数据减去之前最近一次的探测器本底数据，将 其做为矫正后的探测器信号数据用于后续的图像数据处理。利用本发明提出的闪烁探测器余辉矫正方法，可以有效减少甚至消除闪烁体余辉 在扫描图像中形成的伪影，可以使扫描图像真实地反映被探测物体的实际投影。
图1是闪烁体余辉的示意图。图2是一种X射线扫描检查系统构成的示意图。图3是探测器信号输出的示意图。图4是扫描图像偏差的一个示意图。图5是本发明的闪烁探测器余辉矫正方法的一个实施例的流程图。图6是本发明的探测器余辉矫正方法实施例中信号输出的示意图。图7是经过本发明的余辉矫正方法进行了探测器余辉矫正之后的扫描图像示意 图。图8是本发明的闪烁体余辉矫正方法另一个实施例的示意图。
具体实施例方式图1是闪烁体余辉的示意图。闪烁体的余辉产生机理十分复杂，一般认为余辉和 闪烁体内部的结构、杂质和缺陷以及闪烁体的制造过程相关，同时还和闪烁体的使用温度、 被电离辐射照射的剂量以及照射的时间长短有关。闪烁体余辉的衰减时间常数从Ims到几 百ms甚至几个小时，往往同一个闪烁体具有从短余辉到长余辉的多种衰减成分。随着闪烁 体被照射时间的增加，长余辉的成分会逐渐增多，因此会造成闪烁探测器输出本底逐步抬 高，而这种本底抬高的部分会对探测器的输出信号造成不良影响，进而在扫描图像中形成 伪影。本发明的余辉矫正方法可以减少甚至消除由于探测器的余辉特性造成的扫描图像伪 影。图2是一种X射线扫描检查系统构成的示意图。其中201是闪烁探测器阵列，202 是信号采集电路阵列，203是加速器脉冲X射线源。探测器阵列201和脉冲X射线源203组
4成一个有一定厚度的扇形面。被检物体204按205方向穿过扇形检测面，穿透被检物体的X 射线经过探测器阵列201和信号采集电路阵列202被转换变成一列检查数据，不同时间的 数据列组合形成最终的检查图像。图3是上述闪烁探测器阵列201中的一个闪烁探测器信号输出的示意图。其中PO 是没有X射线时探测器的输出，也即探测器的零点或初始本底数据。Pl到P7是有X射线脉 冲时的探测器输出数据，这些输出数据是X射线投影数据Ti和本底数据PO的叠加Pi = Ti+ΡΟ，如果本底数据PO在整个扫描过程中不发生变化，投影数据Ti = Pi-PO，这也是传统 的矫正探测器本底数据的方法(见发明专利公开公报CN1173169)。如果探测器存在此前所 述的余辉问题，探测器输出数据除了包括投影数据Ti和本底数据P0，还包括之前投影信号 的余辉数据Ai，因此Pi = Ti+P0+Ai。由于余辉的存在，传统的本底矫正方法并不能得到真 实的投影数据。由于探测器的余辉数据与探测器受辐射照射的历史有关，对任意时刻的一 列探测器，其中每一个探测器输出数据中的余辉数据Ai在不同的时间点可能是不同的，因 此经过传统的量度矫正、不一致性矫正和本底矫正之后的扫描图像仍然存在和真实投影图 像的偏差(由于Ai的存在而导致)。图4是上述扫描图像偏差的一个示意图。图中所示的是一列探测器经过一段时间 扫描之后再检查一均勻物体时的扫描图像截图。通道Cl、C2和C3余辉数据和探测器阵列 的其它通道的余辉数据有差别，导致扫描图像不能真实反映实际的投影。图5和图6分别是本发明的闪烁探测器余辉矫正方法的一个实施例的流程图和示 意图。因为本底数据和余辉数据都和信号采集电路的积分时间相关，因此所有数据采集应 用相同的积分时间。在没有射线的to时刻测量探测器的初始本底数据P0，在出射线时刻 (tl、t2....)测量探测器的输出数据Pi，在测量Pi之前没有X射线的一个时刻(ti-1-ti 期间)测量探测器的本底数据Pia。根据上述分析可知，这里Pia = ΡΟ+Ai，所以有Ti = Pi-Pia0对于使用加速器X射线源的集装箱检查系统，单个加速器脉冲的发生时间(脉宽) 只有几个微秒，而相邻两个脉冲间隔(ti-1-ti期间)有几个毫秒到几十个毫秒，在实际操 作中完全可以插入一个实时的本底测量Pia。关于针对上述本底测量Pia所插入的测量时间点问题，理论上讲，距离Pi的测量 时刻ti越近获得的本底数据Pia越真实，本发明给出的实施例是选取了 ti-1-ti期间的中
间点时刻做为插入点，当然也可以选取距离ti前的三分之一、四分之一.......等时间点。
但是，如果探测器的余辉时间相对于脉冲间隔比较长的情况下，上述不同时间点的选取并 不会对真实的本底测量数据Pia产生实质性影响。图7是经过本发明的余辉矫正方法进行了探测器余辉矫正之后的扫描图像示意 图。和图4对比可知，由于探测器阵列中各个探测器余辉数据不一致造成的图像伪影得到 了较好的修正。图8是本发明闪烁体余辉矫正方法另一个实施例的示意图。在这个实施例中本底 测量不是在每次出射线时刻测量探测器的输出数据之前都要测量实时本底数据。在图8中 的t2、t3、t5、t7时刻测量的有射线时的探测器输出并没有与之相邻而且在上述时刻之前 所插入的实时本底数据。此时探测器的余辉矫正可以采取之前时间最近的本底测量数据， 比如T3 = P3-A1。这种矫正方法的好处是可以用来矫正非脉冲型的X射线扫描检查系统， 比如X射线行李检查系统和X射线CT检查系统中的闪烁探测器余辉，因为这些系统X射线
5出束和停止出束是靠被检物体遮挡光障与否来控制的。 这里所需要的是在每次X射线停止出束时都测量一次实时本底数据，而在之后X 射线开始连续出束时的探测器的测量数据都用这一次的本底数据进行矫正，直到下一次X 射线停止出束时再测量新一轮的实时本底数据用于之后数据的矫正。
权利要求
一种探测器余辉的矫正方法，包括如下步骤首先设定在测量本底数据和测量信号数据时具有相同的积分时间；在无射线时测量探测器的初始本底数据的第1测量步骤；在出射线时刻测量探测器的信号数据的第2测量步骤；在停止出射线期间测量探测器的本底数据的第3测量步骤；在出射线时刻测量探测器的信号数据的第4测量步骤；重复上述第3测量步骤和第4测量步骤直到扫描完成；每次出射线时测量的探测器的信号数据减去之前最近一次的探测器本底数据，将其做为矫正后的探测器信号数据用于后续的图像数据处理。
2.如权利要求1所述的探测器余辉的矫正方法，其特征在于，所述第3测量步骤的测量 时间点设置于相邻两个测量信号数据的脉冲间隔之间的中间点的位置。
3.如权利要求1所述的探测器余辉的矫正方法，其特征在于，所述第3测量步骤的测量 时间点设置于靠近当前测量信号脉冲前的、相邻两个测量信号数据的脉冲间隔η分之一的 位置，其中，η为大于2的自然数。
4.一种探测器余辉的矫正方法，包括如下步骤首先设定在测量本底数据和测量信号数据时具有相同的积分时间； 在无射线时测量探测器的初始本底数据的第1测量步骤； 在出射线时刻测量探测器的信号数据的第2测量步骤； 在停止出射线期间测量探测器的本底数据的第3测量步骤； 在出射线时刻测量探测器的信号数据的第4测量步骤；重复上述第3测量步骤和第4测量步骤直到扫描完成，并在重复上述第3测量步骤和 第4测量步骤过程中至少省略上述第3测量步骤η次以上，其中η是2以上的自然数；每次出射线时测量的探测器的信号数据减去之前最近一次的探测器本底数据，将其做 为矫正后的探测器信号数据用于后续的图像数据处理。
全文摘要
一种闪烁探测器余辉矫正方法，可以有效减少甚至消除闪烁体余辉在扫描图像中形成的伪影，可以使扫描图像真实地反映被检查物体的实际投影。包括如下步骤首先设定在测量本底数据和测量信号数据时具有相同的积分时间；在无射线时测量探测器的初始本底数据的第1测量步骤；在出射线时刻测量探测器的信号数据的第2测量步骤；在停止出射线期间测量探测器的本底数据的第3测量步骤；在出射线时刻测量探测器的信号数据的第4测量步骤；重复上述第3测量步骤和第4测量步骤直到扫描完成；每次出射线时测量的探测器的信号数据减去之前最近一次的探测器本底数据，将其做为矫正后的探测器信号数据用于后续的图像数据处理。
文档编号G01T1/20GK101937093SQ200910088619
公开日2011年1月5日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者张清军, 李元景, 李鹏宇, 赵书清 申请人:同方威视技术股份有限公司