一种用于X射线聚焦镜的焦斑半能量宽度确定方法

一种用于x射线聚焦镜的焦斑半能量宽度确定方法
技术领域
1.本发明涉及x射线聚焦镜的标定方法，具体涉及一种用于x射线聚焦镜的焦斑半能量宽度确定方法。


背景技术：

2.x射线聚焦镜是一种基于x射线掠入射原理，采用多层嵌套式结构对x射线光子进行聚焦并探测的光学器件，其关键技术指标包括口径、焦距、有效面积及角分辨率等。
3.近年来，从x射线聚焦镜的发展趋势可以看出，超大有效面积、超高角分辨率已成为下一代x射线聚焦镜的主要发展目标。随之而来的是对x射线聚焦镜硬件标定设施和软件计算方法均提出了更高的要求。
4.在x射线聚焦镜角分辨率测试标定过程中，一般需要通过能量包围函数对x射线聚焦镜的焦斑半能量宽度进行精确标定，并通过角分辨率与半能量宽度的数值关系进行求解，获得高计算精度角分辨率。然而，较小的焦斑尺寸在计算角分辨率过程中会受到较大幅面探测器的本底噪声影响，从而导致计算精度较低。主要原因是由于本底噪声的存在，导致无法精确确定全尺寸焦斑范围，进而也就无法精确确定焦斑的半能量宽度，从而影响角分辨率计算精度。


技术实现要素：

5.本发明的目的是解决现有的焦斑半能量宽度确定方法精度低的技术问题，而提供一种用于x射线聚焦镜的焦斑半能量宽度确定方法。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
7.一种用于x射线聚焦镜的焦斑半能量宽度确定方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
8.步骤1、测量x射线聚焦镜焦斑，确定x射线聚焦镜焦点位置，并在x射线聚焦镜焦点位置处获得x射线聚焦镜焦斑图像；
9.步骤2、测量x射线聚焦镜焦斑的灰度值或像素内的沉积光子数，基于x射线聚焦镜焦斑的灰度值或像素内的沉积光子数确定x射线聚焦镜焦斑图像的中心点；
10.步骤3、基于步骤2确定的x射线聚焦镜焦斑图像的中心点，将焦斑图像从中心点至x射线探测器幅面边沿分割成半径不等的同心圆，测量、记录不同半径同心圆包围范围内的总光子数，并绘制同心圆包围范围内的总光子数随同心圆包围范围变化的统计图，获得从焦斑中心到探测器边沿的能量包围函数曲线；
11.步骤4、基于步骤2确定的x射线聚焦镜焦斑图像的中心点，将焦斑图像从中心点至x射线探测器幅面边沿分割成半径不等的同心圆，测量、记录由两相邻同心圆组成的单个圆环包围范围内的总光子数，并绘制单圆环包围范围内的总光子数随单圆环包围范围变化的统计图，获得从焦斑中心到探测器边沿的单圆环能量包围函数曲线；
12.步骤5、根据单圆环能量包围函数曲线的拐点确定x射线聚焦镜焦斑100％的能量
范围；
13.步骤6、根据步骤5中确定的x射线聚焦镜焦斑100％的能量范围，通过步骤3获得的能量包围函数曲线确定x射线聚焦镜焦斑50％的能量范围，其直径为半能量宽度。
14.进一步地，步骤5具体为：
15.当单圆环能量包围函数曲线的拐点唯一时，唯一拐点处的单圆环包围范围对应的单圆环外层圆的位置为x射线聚焦镜焦斑的边界位置，x射线聚焦镜焦斑的边界位置的同心圆的包围范围为x射线聚焦镜焦斑100％的能量范围；
16.当单圆环能量包围函数曲线的拐点不唯一时，单圆环范围内的总光子数最少的单圆环包围范围对应的单圆环外层圆的位置为x射线聚焦镜焦斑的边界位置，x射线聚焦镜焦斑的边界位置的同心圆的包围范围为x射线聚焦镜焦斑100％的能量范围。
17.进一步地，步骤2中，利用非计数型探测器测量x射线聚焦镜焦斑的灰度值或利用计数型探测器测量像素内的沉积光子数。
18.进一步地，步骤2中，所述基于x射线聚焦镜焦斑的灰度值或像素内的沉积光子数确定x射线聚焦镜焦斑图像的中心点具体为：
19.若x射线聚焦镜焦斑的灰度值最大或者像素内的沉积光子数最多的像素点唯一，则选择x射线聚焦镜焦斑的灰度值最大或者像素内的沉积光子数最多的像素点对应的坐标点为x射线聚焦镜焦斑图像的中心点；
20.若所述x射线聚焦镜焦斑的灰度值最大或者像素内的沉积光子数最多的像素点不唯一，则选择所有x射线聚焦镜焦斑的灰度值最大或者像素内的沉积光子数最多的像素点坐标的平均值对应的坐标点为x射线聚焦镜焦斑图像的中心点。
21.进一步地，所述步骤1中，采用可见光系统或者x射线系统测量x射线聚焦镜焦斑。
22.进一步地，所述步骤4中，从中心点至x射线探测器幅面边沿的同心圆的半径呈等差数列增长。
23.与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果如下：
24.本发明提供的用于x射线聚焦镜焦斑的半能量宽度确定方法，提出了单圆环能量包围函数，对x射线聚焦镜焦斑边界的精确确定提供指导标准。单圆环能量包围函数与标准的能量包围函数互为补充，可精确确定x射线聚焦镜光斑的100％能量位置与50％能量位置，进而精确确定x射线聚焦镜焦斑的100％能量范围和50％能量范围，从而精确确定x射线聚焦镜焦斑的角分辨率。与传统的背景噪声直接扣除相比，避免了因x射线探测器的幅面噪声不一致而导致的背景虚扣或者过度扣除情况的产生，进而提高x射线聚焦镜角分辨率计算的准确性。
附图说明
25.图1为x射线聚焦镜的焦斑示意图；
26.图2为x射线聚焦镜的焦斑能量包围函数的能量宽度范围示意图；
27.图3为本发明实施例中x射线聚焦镜的焦斑单圆环能量包围函数的能量宽度示意图；
28.图4为本发明实施例中x射线聚焦镜的焦斑能量包围函数和单圆环能量包围函数曲线示意图；
29.附图标记说明如下：
30.21-x射线聚焦镜的焦斑半能量宽度范围，22-x射线聚焦镜的焦斑100％能量宽度范围，23-单圆环能量包围函数中最内层圆，24-单圆环能量包围函数中第三层圆环，25-单圆环能量包围函数中最外层圆环，31-能量包围函数曲线，32-单圆环能量包围函数曲线。
具体实施方式
31.下面结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种用于x射线聚焦镜的焦斑半能量宽度确定方法进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。
32.为了满足聚焦镜角分辨率计算精度需求，本发明在能量包围函数的基础上提出了单圆环能量包围函数，对能量包围函数进行补充，从而可以精确确定焦斑半能量宽度范围，进一步提高x射线聚焦镜焦斑的角分辨率计算精度。
33.本发明提供一种用于x射线聚焦镜的焦斑半能量宽度确定方法，包括以下步骤：
34.步骤1、测量x射线聚焦镜焦斑，确定x射线聚焦镜焦点位置，并在x射线聚焦镜焦点位置获得如图1所示的x射线聚焦镜焦斑图像。
35.步骤2、利用非计数型探测器测量x射线聚焦镜焦斑的灰度值或利用计数型探测器测量像素内的沉积光子数，若x射线聚焦镜焦斑的灰度值最大或者像素内的沉积光子数最多的像素点唯一，则选择x射线聚焦镜焦斑的灰度值最大或者像素内的沉积光子数最多的像素点对应的坐标点为x射线聚焦镜焦斑图像的中心点；若x射线聚焦镜焦斑的灰度值最大或者像素内的沉积光子数最多的像素点不少于一个，则选择所有x射线聚焦镜焦斑的灰度值最大或者像素内的沉积光子数最多的像素点坐标的平均值对应的坐标点为x射线聚焦镜焦斑图像的中心点。
36.步骤3、基于步骤2确定的x射线聚焦镜焦斑图像的中心点，将焦斑图像从中心点至x射线探测器幅面边沿分割成半径不等的同心圆，测量、记录不同半径同心圆包围范围内的总光子数，并绘制同心圆包围范围内的总光子数随同心圆包围范围变化的统计图，也即从焦斑中心到探测器边沿的能量包围函数曲线。
37.如图2所示，为能量包围函数的能量宽度范围示意图。图中，x射线聚焦镜的焦斑半能量宽度范围21的直径为半能量宽度；x射线聚焦镜的焦斑100％能量宽度范围22的直径为聚焦镜光斑全尺寸。绘制好的能量包围函数曲线如图4中的曲线31所示，横坐标为同心圆包围范围，纵坐标为包围范围内的总光子数，随着同心圆包围范围的增大，同心圆包围范围内的总光子数也随之增加，因此能量包围函数曲线呈单调上升趋势。
38.步骤4、基于步骤2确定的x射线聚焦镜焦斑图像的中心点，将焦斑图像从中心点至x射线探测器幅面边沿分割成半径不等的同心圆，同心圆半径呈等差数列增长，测量、记录单个圆环包围范围内的总光子数，并绘制单圆环包围范围内的总光子数随单圆环包围范围变化的统计图，也即从焦斑中心到探测器边沿的单圆环能量包围函数曲线。
39.本实施例中，大小不等的同心圆半径呈等差数列增长，在其它实施例中，大小不等的同心圆半径可以采用其他规律或无规律选取。
40.如图3所示，为x射线聚焦镜的焦斑单圆环能量包围函数的能量宽度示意图。图中，单圆环能量包围函数中最内层圆23的包围范围内所包围的光子数为第一个圆环内的光子
数；单圆环能量包围函数中第三层圆环24的包围范围内所包围的光子数为第三个圆环内的光子数；单圆环能量包围函数中最外层圆环25的包围范围内所包围的光子数为最外层圆环内的光子数。绘制好的单圆环能量包围函数曲线如图4中的曲线32所示，横坐标为单圆环包围范围，纵坐标为单圆环包围范围内的光子数，单圆环能量包围函数在x射线聚焦镜的焦斑范围内、外均会由于包围面积增长呈增长趋势，而在x射线聚焦镜的焦斑边界由于光子密度大幅度降低而呈现降低趋势，因此，单圆环能量包围函数曲线在焦斑边沿会出现比较明显的拐点。
41.步骤5、根据单圆环能量包围函数曲线的拐点确定x射线聚焦镜焦斑100％的能量范围，单圆环能量包围函数曲线的拐点处的单圆环包围范围对应的单圆环外层圆的位置为x射线聚焦镜焦斑的边界位置，x射线聚焦镜焦斑的边界位置的包围范围为x射线聚焦镜焦斑100％的能量范围。
42.当单圆环能量包围函数曲线的拐点唯一时，唯一拐点处的单圆环包围范围对应的单圆环外层圆的位置为x射线聚焦镜焦斑的边界位置，x射线聚焦镜焦斑的边界位置的同心圆的包围范围为x射线聚焦镜焦斑100％的能量范围；当所述单圆环能量包围函数曲线的拐点不唯一时，单圆环范围内的总光子数最少的单圆环包围范围对应的单圆环外层圆的位置为x射线聚焦镜焦斑的边界位置，x射线聚焦镜焦斑的边界位置的包围范围为x射线聚焦镜焦斑100％的能量范围。
43.如图4中的曲线32所示，单圆环能量包围函数曲线上有两个拐点，在第一个拐点处单圆环包围范围内的总光子数最少，因此其单圆环包围范围对应的单圆环外层圆的位置为x射线聚焦镜焦斑的边界位置，x射线聚焦镜焦斑的边界位置的包围范围为x射线聚焦镜焦斑100％的能量范围。
44.步骤6、根据步骤5中确定的x射线聚焦镜焦斑100％的能量范围以及通过步骤3获得的能量包围函数曲线，确定x射线聚焦镜焦斑50％的能量范围，其直径为半能量宽度。
45.根据得到的半能量宽度，结合半能量宽度和角分辨力的数值关系计算x射线聚焦镜的角分辨精确值，并指导x射线聚焦镜生产制造工艺过程。
46.本发明的x射线聚焦镜焦斑的半能量宽度精确确定方法，提出了单圆环能量包围函数，对x射线聚焦镜焦斑边界的精确确定提供指导标准。单圆环能量包围函数与标准能量包围函数算法互为补充，可精确确定x射线聚焦镜光斑的100％能量位置与50％能量位置，进而精确确定x射线聚焦镜焦斑的100％能量范围和50％能量范围，从而精确确定x射线聚焦镜焦斑的角分辨率。