用于射线探测的方法及装置与流程

本发明涉及核谱学和核探测技术领域，具体而言，涉及一种用于射线初始位置判断的方法及装置。

背景技术：

闪烁探测器阵列常被用于位置分辨，例如，特别是用于探测伽马射线的入射位置。在核医学成像领域，比如伽马相机、正电子发射成像探测器等，依靠探测注入人体内的放射性标记药物所发出的特征伽马射线，来得到相关组织或器官的代谢影像。如果探测器对伽马射线入射探测器的位置判断有偏差，则重建的图像质量也会下降。实际上，由于伽马射线与探测器中的闪烁体阵列发生相互作用时可能发生散射，极有可能将伽马射线的能量沉积在闪烁体阵列的多条闪烁体探测单元中。

当伽马射线与闪烁体阵列中的某一条闪烁体发生作用时，与这条闪烁体耦合的光电转换器件就会有信号输出。通常情况下，重心法被用来确定伽马射线的入射位置。

在实际情况中，伽马射线与闪烁体的作用方式主要有三种：光电效应、康普顿散射、以及电子对效应。除了电子对效应必须要求伽马射线能量较高以外，光电效应与康普顿散射是两种最主要的作用方式。当伽马射线在闪烁体中发生光电效应时，能量全部沉积在初始作用的闪烁体中，则通过重心法能够准确的找出初始作用位置。然而当伽马射线在闪烁体中发生康普顿散射时，能量经常会沉积在2条或2条以上的闪烁体中。在这种情况下，利用重心法得出的伽马射线入射坐标很有可能不是伽马射线入射时发生作用的第一条闪烁体的坐标，这样对伽马射线的入射位置判断就会产生偏差。

如图1所示，如图1中的左图，伽马射线从1号闪烁体入射，沉积了e1能量在1号闪烁体中，伽马射线能量散射到2号闪烁体，沉积了剩下的e2能量，散射角为θ1，当散射角θ1小于90°时，e2会大于e1，这时重心法求出的伽马射线入射坐标则在1号闪烁体与二号闪烁体之间，而且更接近2号闪烁体，在这种情况下，通过重心法判断得到的伽马射线入射位置不能正确反映伽马射线本来的入射位置。

因此，需要一种新的用于射线初始位置判断的方法及装置。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种用于射线初始位置判断的方法及装置，能够提供一种对射线初始位置判断的新方法。

本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

根据本发明的一方面，提供一种用于射线初始位置判断的方法，包括：通过模拟程序，构建闪烁体阵列；模拟不同入射角度、携带不同能量、入射到不同闪烁体的伽马射线与所述闪烁体阵列作用，发生能量沉积的情况；记录伽马射线的能量在闪烁体阵列中的能量沉积分布；以及构建能量分布概率表。

在本公开的一种示例性实施例中，还包括：探测到在闪烁体阵列中，两条或两条以上的闪烁体有能量沉积时，通过查找能量分布概率表，选取在能量分布概率表中，最大概率值对应的入射闪烁体为初始射线入射位置。

在本公开的一种示例性实施例中，还包括：模拟不同材料的闪烁体阵列，在不同入射角度、携带不同能量、入射到不同闪烁体的伽马射线与闪烁体阵列作用，发生能量沉积的情况。

在本公开的一种示例性实施例中，还包括：模拟不同尺寸的闪烁体阵列，在不同入射角度、携带不同能量、入射到不同闪烁体的伽马射线与闪烁体阵列作用，发生能量沉积的情况。

在本公开的一种示例性实施例中，还包括：模拟不同规格的闪烁体阵列，在不同入射角度、携带不同能量、入射到不同闪烁体的伽马射线与闪烁体阵列作用，发生能量沉积的情况。

在本公开的一种示例性实施例中，记录射线的能量在闪烁体阵列中的能量沉积分布，包括：判断射线的能量是否沉积在闪烁体阵列中的不同的闪烁体中；以及如果射线的能量沉积在闪烁体阵列中的不同的闪烁体中，则记录射线的能量在各个的闪烁体中的分布数值。

在本公开的一种示例性实施例中，如果射线的所述能量沉积在闪烁体阵列中的不同的闪烁体中，则记录射线的能量在各个的闪烁体中的分布数值，包括：将射线在闪烁体中能量沉积分为多个预定范围；以及记录射线的能量在各个的闪烁体中多个预定范围内的分布。

在本公开的一种示例性实施例中，构建能量分布概率表，包括：运行预定次数的射线与闪烁体阵列作用，发生能量沉积的情况；以及统计多个预定范围内能量沉积情况，计算出各个特定能量沉积情况发生的概率，形成能量分布概率表。

根据本发明的一方面，提供一种用于射线初始位置判断的装置，包括：构建模块，用于通过模拟程序，构建闪烁体阵列；模拟模块，用于模拟在不同入射角度、携带不同能量、入射到不同闪烁体的伽马射线与闪烁体阵列发生的相互作用的情况；记录模块，用于记录伽马射线的能量在闪烁体阵列中的能量沉积分布；以及制表模块，用于构建能量分布概率表。

在本公开的一种示例性实施例中，还包括：参数更改模块，用于更改闪烁体阵列的材料、规格以及尺寸。

本发明提供一种用于射线初始位置判断的方法及装置，能够提供一种对射线初始位置判断的新方法。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。

图1是根据一示例性实施例示出的用于射线初始位置与能量沉积之间的示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的用于射线初始位置判断的方法的流程图。

图3是根据另一示例性实施例示出的用于射线初始位置判断的方法的流程图。

图4是根据一示例性实施例示出的用于射线初始位置判断的装置的框图。

具体实施例

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本发明将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

图2是根据一示例性实施例示出的用于射线初始位置判断的方法的流程图。

如图2所示，在s202中，通过模拟程序，构建闪烁体阵列。

如上文所述，第一种情况下，伽马射线由1号闪烁体入射，与1号闪烁体发生康普顿散射，从而沉积部分能量在闪烁体中，散射光子射入2号闪烁体发生光电效应沉积剩下的能量，伽马射线在1号和2号闪烁体内沉积的能量分别为e1，e2；在第二种情况下，伽马射线由2号闪烁体入射，发生康普顿散射，散射光子射入1号闪烁体，伽马射线在1号和2号闪烁体内沉积的能量也分别为e1，e2。

在实际探测情况中，探测器只能探测到1号闪烁体和2号闪烁体输出信号的幅度大小，也就是能量沉积e1和e2的大小。无法得知实际发生的是由1号闪烁体入射的第一种情况还是由2号闪烁体入射的第二种情况。但是，可以根据e1和e2的大小以及两根闪烁体的位置来判断发生这两种情况的分别的概率。如果从1号闪烁体入射，发生第一种情况时能量沉积的散射的概率(p1)为：伽马射线在到达e1作用点之前不与闪烁体发生作用的概率，乘以发生θ1角散射的康普顿微分散射截面，乘以散射后的射线在与2号闪烁体作用之前不被吸收的概率，乘以散射后的射线在2号闪烁体内发生光电效应的截面。同理，如果伽马射线从2号闪烁体入射，发生第二种情况时能量沉积的散射的概率(p2)为：伽马射线到达e2作用点前不与闪烁体发生作用的概率，乘以发生θ2角散射的康普顿微分散射截面，乘以散射后的射线在与1号闪烁体作用之前不被吸收的概率，乘以散射后的射线在1号闪烁体内发生光电效应的截面。由此，把p1和p2分别对所有可能发生所示能量沉积的路径进行积分，就可以得到总的伽马射线由1号闪烁体入射的概率p1t以及伽马射线由2号闪烁体入射的概率p2t。

要通过理论公式去计算p1t和p2t的大小，是非常复杂的，而且，在高计数率采集的情况下，很难实时计算p1t和p2t的大小然后去选择概率大的那条闪烁体作为初始事例闪烁体。在本发明中，利用模拟程序建立闪烁体阵列与入射的伽马射线模型，通过模型计算p1t和p2t的大小。可例如，可根据闪烁体在实际使用情况下的各种参数特征，通过模拟程序构建闪烁体阵列的。然而，本发明不限于此。在s204中，模拟不同入射角度、携带不同能量、入射到不同闪烁体的射线与闪烁体阵列作用，发生能量沉积的情况。

通过模拟程序产生一个预定能量和入射方向的伽马射线，从闪烁体阵列中的某一条闪烁体a入射；然后，通过模拟程序产生上述能量和入射方向的伽马射线，从闪烁体阵列中的另一条闪烁体b入射；最后，通过模拟程序产生上述伽马射线从其他某条闪烁体入射，不断地改变伽马射线入射的闪烁体，直到覆盖所有可能的在这个闪烁体阵列中，伽马射线入射情况。

通过模拟程序产生另一个预定能量和入射方向的伽马射线，从闪烁体阵列中的某一条闪烁体a入射；然后，通过模拟程序产生上述能量和入射方向的伽马射线，从闪烁体阵列中的另一条闪烁体b入射；最后，通过模拟程序产生上述伽马射线从其他某条闪烁体入射，不断地改变伽马射线入射的闪烁体，直到覆盖所有可能的在这个闪烁体阵列中，伽马射线入射情况。

通过模拟程序产生再一个预定能量和入射方向的伽马射线，如上文所述步骤，重复更改伽马射线在闪烁体阵列中入射的闪烁体，直到覆盖所有可能的在这个闪烁体阵列中，伽马射线入射情况；重复更改伽马射线在入射闪烁体时携带的能量，直到覆盖所有的伽马射线可能携带的能量情况。

通过模拟程序产生预定能量和另一个入射方向的伽马射线，从闪烁体阵列中的某一条闪烁体a入射；然后，通过模拟程序产生上述能量和入射方向的伽马射线，从闪烁体阵列中的另一条闪烁体b入射；最后，通过模拟程序产生上述伽马射线从其他某条闪烁体入射，不断地改变伽马射线入射的闪烁体，直到覆盖所有可能的在这个闪烁体阵列中，伽马射线入射情况。

通过模拟程序产生再预定能量和另一个入射方向的伽马射线，如上文所述步骤，重复更改伽马射线在闪烁体阵列中入射的闪烁体，直到覆盖所有可能的在这个闪烁体阵列中，伽马射线入射情况；重复更改伽马射线在入射闪烁体时携带的能力，直到覆盖所有的伽马射线可能携带的能量情况；重复更改伽马射线在入射闪烁体时的方向，直到覆盖所有的伽马射线可能入射的方向情况。

可例如，根据实际情况中，使用的射线能量，以及实际中射线可能产生的所有入射角度，通过模拟程序进行模拟，只要覆盖所有实际中可能遇到的伽马射线与闪烁体作用情况。

在s206中，记录射线的能量在闪烁体阵列中的能量沉积分布。

记录下以上步骤中，伽马射线的能量在闪烁体阵列中的能量沉积分布情况，可例如，伽马射线在1号和2号闪烁体内沉积的能量分别为e1，e2；记录下伽马射线在1号和2号闪烁体内沉积能量e1，e2。

在s208中，构建能量分布概率表。

通过统计方法，统计在不同入射角度、携带不同能量、入射到不同闪烁体的伽马射线与闪烁体阵列发生的相互作用的情况。得到伽马射线与闪烁体阵列之间发生能量沉积时的能量分布概率表。

本发明实施例的用于射线初始位置判断的方法，能够提供一种对射线初始位置判断的新方法。

应清楚地理解，本发明描述了如何形成和使用特定示例，但本发明的原理不限于这些示例的任何细节。相反，基于本发明公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施例。

根据另一示例性实施例示出的用于射线初始位置判断的方法中，还包括：探测到在闪烁体阵列中能量沉积时，通过查找能量分布概率表，选取最大概率值的闪烁体为初始闪烁体。

通过模拟程序得到能量分布概率表，在实际的闪烁探测器阵列用于探测伽马射线并进行位置分辨时，每当探测到一个能量沉积在2条或2条以上不同的闪烁体中的散射事件时，就可以查找能量分布概率表，通过能量分布概率表定位出伽马射线从哪条闪烁体入射的概率更大，进而选择此闪烁体作为伽马射线入射的闪烁体。根据发生概率的理论分析表明，此概率涉及到伽马射线在康普顿散射发生之前在闪烁体内的传输过程、康普顿散射微分截面、康普顿散射发生之后的散射射线在闪烁体内的传输过程、散射射线在闪烁体内的光电效应截面，这4个因素的乘积对可能路径的积分形成了最终的发生概率。

本发明提供一种用于射线初始位置判断的方法，通过模拟不情况下的伽马射线与闪烁体阵列反应情况，提高了对射线入射位置判断的准确度。

根据另一示例性实施例示出的用于射线初始位置判断的方法中，还包括：模拟不同材料的闪烁体阵列，在不同入射角度、携带不同能量、入射到不同闪烁体的伽马射线与闪烁体阵列发生的能量沉积情况。

根据另一示例性实施例示出的用于射线初始位置判断的方法中，还包括：模拟不同尺寸的闪烁体阵列，在不同入射角度、携带不同能量、入射到不同闪烁体的伽马射线与闪烁体阵列发生的能量沉积情况。

根据另一示例性实施例示出的用于射线初始位置判断的方法中，还包括：模拟不同规格的闪烁体阵列，在不同入射角度、携带不同能量、入射到不同闪烁体的伽马射线与闪烁体阵列发生的能量沉积情况。“规格”是指包括闪烁体阵列的闪烁体数量、排布、每个闪烁体尺寸等在内的闪烁体阵列的参数。

通过模拟程序得到的能量概率分布表，概率分布对于不同材料不同尺寸不同规格的闪烁体阵列来说一般是不同的，建立不同材料不同尺寸不同规格的闪烁体阵列来模拟出不同情况下的闪烁体阵列与伽马射线之间的反应情况。

根据另一示例性实施例示出的用于射线初始位置判断的方法中，记录伽马射线的能量在各个的闪烁体中的分布数值，包括：判断伽马射线的能量是否沉积在闪烁体阵列中的不同的闪烁体中；以及如果伽马射线的能量沉积在闪烁体阵列中的不同的闪烁体中，则记录伽马射线的能量在各个的闪烁体中的分布数值。

图3是根据另一示例性实施例示出的用于射线初始位置判断的方法的流程图。

如图3所示，在s302中，将射线在闪烁体中能量沉积分为多个预定范围。

模拟程序产生所需能量的伽马射线从闪烁体阵列的某一条闪烁体a端面入射，入射点在这条闪烁体的端面随机分布。记录下发生康普顿散射且能量沉积在2条或2条以上闪烁体中的事件，记录下此事例中有能量沉积的闪烁体编号以及对应的能量沉积。将能量沉积细分为多个范围，给每个能量段赋予一个能量序列号。可例如，0.511mev的伽马射线射入1号闪烁体，将沉积的能量分为50个能量段，沉积能量为0.01～0.02mev为第一个能量段，0.02～0.03mev为第二个能量段，……0.50～0.511mev为第50个能量段。

在s304中，记录射线的能量在各个的闪烁体中多个预定范围内的分布。

记录在1号闪烁体中沉积的能量处于相同能量段te1，同时在另一条闪烁体中沉积的能量处于相同能量段te2的事例数。可例如，记录在1号闪烁体中沉积了0.17～0.18mev能量，同时在2号闪烁体沉积了0.33～0.34mev能量的事例数。

另外，对于伽马射线能量沉积在3条不同的闪烁体中的情况，本发明提供的方法也统一适用，只是模拟程序需要运行的事例数更多而已。本发明不以此为限。

根据另一示例性实施例示出的用于射线初始位置判断的方法中，运行预定次数的射线与闪烁体阵列作用，发生能量沉积的情况；统计计算多个预定范围内能量沉积情况。

为了使得能量分布概率表，更加的精确，可例如，将伽马射线与闪烁体阵列发生反应的情况运行至一预定的数量，可例如，为10⁸次。还可例如，伽马射线从每条闪烁体入射多次。模拟程序可以运行相同的次数也可以是不同的次数，通过求取概率进行归一化的处理，再进行后续的其他处理。不发明不限于此。

计算出大量运行情况下，伽马射线与闪烁体阵列发生反应的情况的能量沉积分布概率。如上文所述，将伽马射线能量沉积细分为多个范围，给每个能量段赋予一个能量序列号，通过运行足够多的事例，统计每个沉积能量段组合内的事例数。例如，0.511mev的伽马射线射入1号闪烁体，运行10⁸个事例，将沉积的能量分为50个能量段，沉积能量为0.01～0.02mev为第一个能量段，0.02～0.03mev为第二个能量段，……0.50～0.511mev为第50个能量段；统计在1号闪烁体中沉积的能量处于相同能量段te1，同时在另一条闪烁体中沉积的能量处于相同能量段te2的事例数，比如，统计在1号闪烁体中沉积了0.17～0.18mev能量同时在2号闪烁体沉积0.33～0.34mev能量的事例数为大约8700个。如此，将0.511mev的伽马射线从各条闪烁体端面入射，每条闪烁体的入射事例数固定为10⁸，就可以得到伽马射线从每条闪烁体入射时，在任意两条闪烁体中沉积任意能量段组合的能量的概率。当运行10⁸个事例从2号闪烁体入射时，统计在1号闪烁体中沉积了0.17～0.18mev能量同时在2号闪烁体沉积0.33～0.34mev能量的事例数为大约3800个。

在实际测量中，得到某个特定能量沉积的事例时，比如，在1号闪烁体中沉积能量为0.175mev，在2号闪烁体中能量沉积为0.336mev的事例，查找能量分布概率表，得知伽马射线是由1号闪烁体入射的概率为8700/10⁸，而伽马射线是由2号闪烁体入射的概率为3800/10⁸，所以由1号闪烁体入射的概率大于由2号闪烁体发生的概率，可例如，判定伽马射线的入射位置为1号闪烁体。

根据本发明的一些实施例，根据实际闪烁体阵列设备在使用中的规格，材料以及尺寸等特征，在模拟程序中构建闪烁体阵列；再根据射线自身的特征，可例如，携带能量信息范围，入射角度范围等，在模拟程序中模拟闪烁体阵列与射线相互作用的情况，并得到模拟结果。可例如，入射中模拟一定条件下的伽马射线与闪烁体阵列作用，发生能量沉积的情况；伽马射线从每条闪烁体入射的情况均模拟n次，n为一足够大的常数；例如：能量为e0的伽玛射线入射，当探测到闪烁体阵列中有两条闪烁体有能量沉积时，对应的能量概率表为一个三维数组。例如，探测到n1、n2号闪烁体内沉积的能量分别e、e0-e时，则射线从n1闪烁体入射，沉积e能量在n1闪烁体中，然后散射到n2闪烁体，沉积e0-e能量在n2闪烁体中的概率为p[n1][n2][e]；而射线从n2闪烁体入射，沉积e0-e能量在n2闪烁体中，然后散射到n1闪烁体，沉积e能量在n1闪烁体中的概率为p[n2][n1][e0-e]。如果p[n1][n2][e]>p[n2][n1][e0-e]，则选取n1闪烁体为初始入射闪烁体，反之，则选取n2闪烁体为初始入射闪烁体。实际操作中，数组中的第三个元素e采用沉积能量所在的能量段编号。同理，如果阵列中的3条闪烁体有能量沉积，则构建的能量概率表为五维数组，通过查找这个五维数组中可能产生对应能量沉积分布的概率值，选取最大的那个元素所对应的入射闪烁体作为射线实际的初始入射闪烁体。

下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。

图4是根据一示例性实施例示出的用于射线初始位置判断的装置框图。

如图4所示，用于射线初始位置判断40包括：构建模块402，模拟模块404，记录模块406，制表模块408，以及参数更改模块410。

构建模块402用于通过模拟程序，构建闪烁体阵列。

模拟模块404用于模拟在不同入射角度、携带不同能量、入射到不同闪烁体的伽马射线与闪烁体阵列发生的相互作用的情况。

记录模块406用于记录伽马射线的能量在闪烁体阵列中的能量沉积分布。

制表模块408用于构建能量分布概率表。

参数更改模块410用于更改闪烁体阵列的材料、规格以及尺寸。

经过模拟验证，当0.511能量的伽马射线基本垂直入射闪烁体阵列时，对于1.9mm×1.9mm宽，15mm长的lyso闪烁体组成的10×10的阵列，在能量全部沉积在闪烁体阵列中的情况下，用本发明所示方法能得的入射位置判断正确的事例率超过86％，而用传统的重心法时，入射位置判断正确的事例率仅为大约68％，可见此法可以显著提高对射线入射位置的判断准确度，具有重要的应用价值。

通过以上的详细描述，本领域的技术人员易于理解，根据本发明实施例的用于射线初始位置判断的方法及装置具有以下优点中的一个或多个。

本发明实施例的用于射线初始位置判断的方法，能够提供一种对射线初始位置判断的新方法。

本发明提供一种用于射线初始位置判断的方法及装置，通过模拟不情况下的伽马射线与闪烁体阵列反应情况，提高了对射线入射位置判断的准确度。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施例。应可理解的是，本发明不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

本发明在上文中已以较佳实施例公开，然本领域技术人员应理解的是，该实施例仅用于描述本发明，而不应解读为限制本发明权利要求的范围。应注意的是，本领域的技术人员，在实际使用情况中，可以根据情况，对本发明实施例中的方法进行裁剪或者切割，或者根据该实施例进行等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明权利要求的范畴内。