法提取能谱图的平均值和方差，本实施例中所述平均值是能谱图峰位对应的阈值电压，即能谱图的偏移参数δ，其与本底噪声相关，所述方差即为能谱图的拉伸参数S，其正比于能谱图的宽度，拉伸参数S越大，能谱图宽度越大，像素分辨率越高；
[0042]步骤4)读出电路的增益值与阈值电压基本上成线性正比关系，根据拟合得到的拉伸参数S和偏移参数δ与基准能谱形状的差异，相应调整读出电路的增益值使得每个像素对应能谱图进行放缩，具体的，当待校准像素对应能谱图较基准能谱图窄时，根据拉伸参数S的大小增加增益值，使相应能谱相应变宽，当待校准像素对应能谱图较基准能谱图宽时，根据拉伸参数S的大小减小增益值，使相应能谱相应变窄，同时调整本底噪声使得每个像素对应能谱图平移，具体是，当待校准像素对应能谱图较基准能谱图往横坐标增大方向偏移时，根据偏移参数δ的大小减小本底噪声，使得相应能谱向横坐标减小方向移动，当待校准像素对应能谱图较基准能谱图往横坐标减小方向偏移时，根据偏移参数S的大小增大本底噪声，使得相应能谱向横坐标增大方向移动，最后使得每个像素对应的能谱图与基准能谱图一致，从而使得探测器每个像素间的响应一致。
[0043]上述技术方案中，所述读出电路具体包括依次连接的电荷放大器、可调增益放大器、比较器、计数器，电荷放大器的信号输入端与探测器像素的信号输出端连接，每个像素由读出电路单独的计数通道进行计数，计数器的信号输出端与显示终端连接，由自带软件处理后即可显示能谱图。
[0044]上述技术方案中，所述步骤2)中，本实施例中具体以20 μ s为时间间隔、0.0lV的电压间隔从OV开始逐渐增加所述比较器的阈值电压，X射线发生器的出射能量不变，同时通过计数器读取每个像素接收到的累计光子数，作累计光子数对阈值电压变化的函数，得到像素响应的能谱图，记录的光谱长度为0.69V，显示结果可以得出所述能谱图呈高斯分布。
[0045]所述递归拟合方法具体包括以下步骤:
[0046]步骤Α)在[-0.2，0.2V]电压区间内、以0.0lV为步进梯度随意选取一个阈值电压作为能谱图的预设偏移参数shift，在一定时间内对每个像素的接收光子数进行对时间的积分处理，得到累计光子数b ;
[0047]步骤B)根据该shift值计算归一化参数C = l_erf (-shift)；
[0048]步骤C)对实验得出的累计光子数b进行归一化bnOTm= b/max (b) *C ；
[0049]步骤D)对bnOTm进行erfinv变换，根据变换处理后的数据同时拟合能谱图的拉伸参数S和偏移参数δ ；
[0050]步骤Ε)拟合得到的偏移参数δ与预设偏移参数shift值进行对比，采用递归的方式选择I S -shift I最小的预设偏移参数shift值，该shift值和对应的拉伸参数S即为最佳拟合特征值参数。也就是根据上一次拟合得到的I δ-shift I值的大小来相应调整预设偏移参数shift，经过多次的比对寻优，最终使得预设偏移参数shift与拟合得出的偏移参数δ相差量最小，该预设偏移参数shift即为最准确的特征值。
[0051]上述技术方案中，根据步骤9)中得到的最佳shift值，调整每个像素对应的本底噪声，使能谱图平移到与基准能谱图的平移值一致的位置。具体是，当待校准像素对应能谱图较基准能谱图往横坐标增大方向偏移时，根据最佳shift值的大小减小本底噪声，使得相应能谱向横坐标减小方向移动，当待校准像素对应能谱图较基准能谱图往横坐标减小方向偏移时，根据最佳shift值的大小增大本底噪声，使得相应能谱向横坐标增大方向移动，使得每个像素对应能谱图与基准能谱图峰位一致。
[0052]上述技术方案中，根据最佳的拉伸参数S的大小调整所述可调增益放大器的增益值，能谱图得到放缩，具体的，当待校准像素对应能谱图的拉伸参数S小于基准能谱图拉伸参数时，也就是带校准像素的能谱较窄时，根据拉伸参数S的大小增加增益值，使相应能谱相应变宽，当待校准像素对应能谱图较基准能谱图宽时，根据拉伸参数S的大小减小增益值，使相应能谱相应变窄。同步调整本底噪声和增益值，经过多次逼近调整，最终使得能谱图与基准能谱图的形状一致，依次类推调整每个像素，使得探测器的每个像素对同样强度的X射线响应一致，校准完毕，校准前后的探测器各个像素对X光的响应如图6所示，对比可知，校准后探测器各像素对同一光通量的X光子的响应一致性显著提高，从而提高了探测器的物质分辨率。
[0053]由上所述，本发明采用商用X射线发生器来代替放射源对探测器进行校准，校准精度较高，校准后，探测器各像素对同一 X射线的相应相对一致，此种校准方法采用的校准设备价格便宜，使用方便；采用新颖的能谱拟合方法对探测器不同像素的响应进行标定，有效降低误差，提高拟合精度，缩短校准时间，具有巨大的实用价值。
[0054]尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
【主权项】
1.一种能量分辨CT探测器的校准方法，其为基于CT探测器各像素对商用X射线发生器的同一发射能谱的各响应能谱图之间的形状差异来进行的，包括以下步骤: 步骤I)构建探测器的校准系统，将探测器的能量接收面划分为由若干个像素组成的阵列，所述阵列覆盖设置在X射线发生器的出射线束中，将所述阵列通过读出电路与显示终端连接； 步骤2)对探测器每个像素接收到的光子进行计数，以一定的电压间隔逐渐改变每个像素对应读出电路中比较器的阈值电压，作每个像素累计接收光子数对所述阈值电压的函数，即得到每个像素对X射线响应的能谱图； 步骤3)通过递归拟合的方法对每个像素对应能谱图形状的特征值进行提取，并设定一个基准能谱图； 步骤4)根据特征值的大小和增益值正比于阈值电压的关系，相应调整读出电路的增益值使得每个像素对应能谱图进行放缩，同时调整本底噪声使得每个像素对应能谱图平移，最后使得每个像素对应的能谱图与基准能谱图一致，从而使得探测器每个像素间的响应一致。2.如权利要求1所述的能量分辨CT探测器的校准方法，其特征在于，所述读出电路包括依次连接的电荷放大器、可调增益放大器、比较器、计数器，电荷放大器的输入端与探测器像素的信号输出端连接，计数器的输出端与显示终端连接。3.如权利要求2所述的能量分辨CT探测器的校准方法，其特征在于，所述步骤2)中，以0.0lV的电压间隔从OV开始逐渐增加所述比较器的阈值电压，同时通过计数器读取每个像素接收到的累计光子数，作累计光子数对阈值电压变化的函数，得到像素响应的能谱图，所述能谱图呈高斯分布。4.如权利要求3所述的能量分辨CT探测器的校准方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述特征值包括平均值和方差，通过递归拟合的方法提取能谱图的平均值和方差，所述平均值是能谱图峰位对应的阈值电压，即能谱图的偏移参数δ，其与本底噪声相关，所述方差即为能谱图的拉伸参数S，其正比于能谱图的宽度，拉伸参数S越大，能谱图宽度越大，像素分辨率越高。5.如权利要求4所述的能量分辨CT探测器的校准方法，其特征在于，所述递归拟合方法具体包括以下步骤: 步骤Α)在[-0.2，0.2V]电压区间内、以0.0lV为步进梯度选取一个阈值电压作为能谱图的预设偏移参数shift ； 步骤B)根据该shift值计算归一化参数C = 1-erf (-shift)； 步骤C)对累计光子数b进行归一化bnOTm= b/max (b) *C ； 步骤D)对bnOTm进行erfinv变换，同时拟合能谱图的拉伸参数S和偏移参数δ ； 步骤Ε)拟合的偏移参数δ与预设偏移参数shift值对比，采用递归的方式选择δ -shift I最小的预设偏移参数shift值，该shift值和对应的拉伸参数S即为最佳拟合特征值参数。6.如权利要求5所述的能量分辨CT探测器的校准方法，其特征在于，根据步骤9)中得到的最佳shift值，调整每个像素对应的本底噪声，使能谱图平移到与基准能谱图的平移值一致的位置。7.如权利要求6所述的能量分辨CT探测器的校准方法，其特征在于，根据拉伸参数S的大小调整所述可调增益放大器的增益值，能谱图得到放缩，使得能谱图与基准能谱图的形状一致，最终每个像素完成调整，探测器校准完毕。8.如权利要求7所述的能量分辨CT探测器的校准方法，其特征在于，当待校准像素对应能谱图的拉伸参数S小于基准能谱图拉伸参数时，增大所述可调增益放大器的增益值，使得待校准像素对应能谱图变宽，当待校准像素对应能谱图的拉伸参数S大于基准能谱图拉伸参数时，减小所述可调增益放大器的增益值，使得待校准像素对应能谱图变窄。9.如权利要求1所述的能量分辨CT探测器的校准方法，其特征在于，本底噪声和增益值的调整同步进行。
【专利摘要】本发明公开了一种能量分辨CT探测器的校准方法，包括：步骤1)构建探测器的校准系统；步骤2)对探测器每个像素接收到的光子进行计数，以一定的电压间隔逐渐改变每个像素对应读出电路中比较器的阈值电压，作每个像素累计接收光子数对所述阈值电压的函数，即得到每个像素对X射线响应的能谱图；步骤3)通过递归拟合的方法对每个像素对应能谱图形状的特征值进行提取，并设定一个基准能谱图；步骤4)调整读出电路的增益值使得每个像素对应能谱图进行放缩，同时调整本底噪声使得每个像素对应能谱图平移，最后使得每个像素对应的能谱图与基准能谱图一致，本发明的校准方法方便实用，避免采用放射源。
【IPC分类】G01T7/00
【公开号】CN104898159
【申请号】CN201510240652
【发明人】邢晓曼, 徐品, 孙明山, 曾维俊
【申请人】中国科学院苏州生物医学工程技术研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月13日