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专利名称：用于处理源自电离辐射检测器的数据的方法
技术领域：
本发明涉及处理从电离辐射的检测器得到的数据的方法，更具体地，涉及处理从通过至少两个电极偏振的半导体材料的检测器得到的数据的方法，其中，至少两个电极配置在通过该检测器形成的体积(volume)的任一侧上。
背景技术：
发现可以在寻求通过其记录进行区别以确定与它们的特性参数相关的事件的直方图的检测器中使用核医疗学、闪烁扫描法、单光发射断层仪(single photo emission tomography, SPET)以及通常辐射产生交互或事件的所有方法。参数可以为各种类型。然而，一个普通实例为发出辐射的物体的图像，直方图的参数为几何坐标。直方图中的点表示用于参数值的对应值的这些事件的测量数或发生密度。通过伽玛相机或包括半导体感光元件的类似设备来测量电离辐射，其中，辐射被转换为由半导体材料中的电子或空穴表示的感应电荷。施加偏振电极以吸引这些电荷，并且测量包括记录由电极产生的脉冲信号的某些参数。这些脉冲信号通过由电极移动和可能收集电荷载流子而产生。电荷载流子相对于电极的移动可以在后者中感应电荷，而所述电荷载流子不必要被该电极收集。这例如为电荷载流子在通过绝缘层与半导体材料绝缘的电极附近移动的情况。通过集电极，可以测量收集的电荷和感应的电荷。根据现有技术，半导体材料中的电磁或电离粒子的交互在连接至检测器材料的电极处产生电信号。通过直接链接的连接，电极与半导体材料接触，或者通过电容链接，电极通过电介质材料的薄层与半导体介质隔离。然后，通过电极测量的信号在一定的周期(称为获取周期)内被处理和记录，以形成测量频谱。经常使用一维光谱，这些光谱对应于通过一个或多个集电极在确定的时间周期内收集的电荷的幅度的直方图。然而，尤其由于半导体材料中的电子和空穴的不完美的传输特性，测量存在缺陷。 因此，事件的测量依赖于所生成电荷的路径和从中得到事件的地点。已经设想校正双参数光谱以考虑这些差异并获得事件更加精确的直方图。校正方法可以基于脉冲的幅度和持续时间之间的相关性以根据一定的标准来校正它们的特性参数。这些方法使用双参数光谱，据此，直方图中的每个点对应于交互或事件，并例如根据由电极收集的脉冲的幅度以及所述脉冲的持续时间而被分类。色码用于在获取周期期间识别直方图不同点处的发生数。例如，在专利US 5,854, 489,EP 0 703 751,1 058 128、 1004 040和1 598 680中描述所述双参数光谱的用途、构造和处理。专利EP 1 037 070描述了如何使用该双参数光谱根据给定能量的辐射使用检测器的校正以获得对应于给定能量窗中的事件数的标量。缺陷的另一原因在于当一个电极(通常为阳极)被分为基本电极(每一个被分配至不同的方向)时电荷的共享，当期望在电荷的位置上(因此在辐射的起点上)具有附加指示时极其频繁地选择通过粒子产生的电荷云通常十分广泛地散布以影响多个基本电极，其中，每一个所述基本电极都测量通过事件产生的信号的分数；减小测量的能量分辨率，并且一些电离粒子逃幵检测。在EP 1 739 456中给出检测和校正这些错误的一种模式。其他方法尤其利用测量来微调辐射源的定位。可以参考专利US 6 002741、 Warburton 的论 文 “An approach to sub-pixel spatial resolution in room temperature χ-ray detector arrays with good energy resolution”， Materials Research Society Symposium Proceedings，vol. 487，1997，pp.531-536 禾口 Jaecheon Kim 等人的论文“Three-dimensional signal correction on UltrapeRL CZT detectors，，， Nuclear Science Symposium Conference Record，2007，NSS' 07.IEEE，pp. 1289-1293。然而，这些方法也是不够的，特别是因为它们通常专用于扰动的单一原因的校正，因此仅适合于一定的测量条件，或者因为它们给出不完全的定位。

发明内容
本发明的目的在于改善这些用于表示辐射的电信号数据的处理的方法，以利用简单且比上述其他校正方法具有更广泛的使用性的方法来获得改善的事件直方图，从而同时可以解决测量不稳定的几个原因，而无需考虑用于限定测量光谱和事件的参数。本发明涉及用于处理源自电磁或电离辐射的半导体检测器的数据的方法，所述检测器具有至少两个偏振电极，至少两个偏振电极在所述检测器中的所述辐射的交互或事件的影响下产生电信号，每个交互都能够基于电信号的测量通过至少一个参数来表征，以构造事件的直方图，所述方法包括确定一组事件接受概率以及根据所述一组接受概率校正的事件的直方图，文献W02007/144589A和DE19721323A给出该方法族的已知实例。接受概率仅依赖于产生事件的辐射的类型并独立于给出事件的直方图的测量而被确定，可选地在这些测量之前。加权测量事件的最简单方式由将事件的直方图逐点乘以它们对应的接受概率组成。这使得期望分配给每个事件的重要性的加权与直方图中的坐标相关。在直方图的构造之前或期间，还可以通过相对于每个事件的特征参数对每个事件分配加权因子来执行该加权。根据本发明，通过双重校准来获得接受概率，其中，检测器被辐射有事件的可接受标准不同的辐射；即使不完全知道其效果，也可以容易地识别该标准的影响。然后，可以基于辐射可接受标准(S)来确定事件(X)的接受概率P(S/X)，等于
P{X二⑶，其中，P0C/S)对应于在第一校准中总是具有标准(S)的辐射的事件χ的发生
概率，P(S)对应于第二校准中的标准(S)的概率，以及P(X)对应于第二校准中的事件(X) 的发生概率或分布。源自理论知识或假定的结果也可以完成校正。本发明可以应用于各种情况。表征事件的参数可以从通过从以下选取的电极测量的电荷信号中提取-至少一个阴极；-收集最大电荷的阳极；-收集电荷载流子的阳极组；
-与收集电荷载流子的阳极组相邻的阳极组；-所有阳极。从通过上面列出的电极组中的一个产生的信号中，可以提取以下值-最终值，诸如图8中的典型信号的最终值Q；-过渡值(例如，最大或最小值或者给定时刻的值)；-在不同情况下测量的值的组合(例如，对应于一个示意为图9中的另一典型信号的过渡信号的最大值和最小值之差的偏移，其中，在极端值Qmax和Qmin之间表示偏移)；-对应于暂时幅度的值，例如，脉冲的开始和结束之间的持续时间(上升时间)。可以组合通过不同电极测量的值以形成参数。例如，参数可以对应于通过一个电极测量的值，或者对应于通过一个或多个电极测量的值的组合。例如，可以使通过多个电极测量的值相加以提取最大值或确定其质心，即，利用从这些电极提取的值进行加权的一些电极的坐标的和。测量电荷是指收集电荷(电极为集电极时)或感应电荷(电极不是集电极时)，或者利用集电极的收集电荷和感应电荷的相加。因此，根据情况，每个交互都可以在具有η维的空间中表示，η为表征交互的参数的数量。检测的交互对应于在该空间中具有坐标(xl，x2，-xn)的事件。在图1中给出事件图的实例，稍后将会进行描述。对于每个事件，参数为阳极上测量的总电荷、在公共阴极上测量的总电荷和在相邻阳极上测量的总电荷。在这种情况下，检测器由被配置为与多个分段的基本阳极相对的单个阴极来极化。图6示出了另一实例，其中，事件参数为通过收集大多数电荷的阳极所接收的总电荷QA、通过阴极接收的总电荷QK以及通过将与相对于收集大多数电荷的电极的中心而与此电极相邻的多个电极的坐标进行相加并利用在这些相邻的电极上测量的电荷偏移值进行加权所获得的质心的坐标X和Y。图6实际上是沿着不能通过单幅图示出的四参数频谱的Y的投影图；完整的频谱将为处于不同Y值的这些投影图的集合。通常，获取对应于在确定事件周期内的多个交互的记录。在获取期间，传统上， 对参数空间中的每个点构建直方图，其表示对应于这些参数的测量事件的数量。如果参数的数量为2或3，则通常使用用于所有空间点的色码，使给定颜色与对应于由这些点限定的参数的测量时间的数量相匹配。管理其影响必须被去除或者根据情况而相反增强的事件的接受概率的标准可以为-电离电荷的检测中的同质缺陷；-其起点，S卩，生成的位置；-辐射类型，其可能扩展或直接；-源的空间扩展；-通过基本电极之间的交互创建的电荷的共享；-辐射能量；-源的同位素或同位素组合等。一组同样的测量可以分配多个系列的接受概率以隔离辐射的任何部分。


现在，将结合以下附图描述本发明图1为以三维示出的事件的直方图；图2为该直方图的二维截面图；图3为应用本发明之后的相同截面图；图4示出了测量设备；图5是本发明的概括性流程图；图6给出了事件直方图的另一实例；图7示出了检测器；以及图8和图9示出了信号曲线图。
具体实施例方式首先，给出图5的描述。在如其传统根据它们的参数中的一个或者优选至少两个进行测量(步骤El)和构建事件的直方图(E》之后，方法可以包括通常以与测量的事件或待测量的事件的直方图设置相干(set coherent)的形式来执行校准(E3)、可以添加附加数据(E4)、减少用于每个测量的接受概率(EQ中的至少一个。相干是指当进行测量时为至少一个参数与所考虑的参数相同的事件确定接受概率。通常使用加权计算组合事件和这些概率给出了新的事件直方图(E6)，其中，校正了影响测量的错误。可以在测量之前或之后执行用于推导出接受概率的校准(E3)。如将在实例中看到的，这是在特定校准条件下执行的独立的操作。在图4中示出了根据本发明的测量设备的实例。一个或多个源11朝向检测器13 发射辐射12，检测器13包括连续阴极14、划分为相邻的基本阳极16的阳极15、插入在阴极 14和阳极15之间的半导体材料层17、阴极14和阳极15之间的直流电压发生电路18以及用于每个基本阳极16的电流测量设备19(仅示出了一个设备)。这些设备19对辐射粒子 12作用的半导体材料17中的交互或事件期间生成的、且根据它们的符号朝向阳极15或阴极14吸引的电荷敏感。基本阳极16允许沿着坐标(x，y)在检测器13平面中定位电荷。
现在给出本发明实施方式的一些实例。实例n° 1 这里寻求消除可以发生与电子-集电极阳极相邻的基本阳极之间的电荷的共享情况下的CZT (或CdaiTe)检测器的扩散辐射(diffused radiation) 0事件的直方图可以为三个参数的函数-在用于事件的被考虑的阳极处测量的最终电荷QA(粒子的到达时间期间的总电荷)，该阳极为最终电荷QA最高的阳极，-阴极的最终电荷QK(考虑到符号，对应于在所有阳极上测量的代数电荷)；-在与被考虑的阳极相邻的集电极阳极上测量的最终电荷的总和ΣQ0图1示出了事件的三维直方图，以及图2示出了用于第三个参数的固定(Σ Q)的固定值的该直方图的截面图。直方图的值对应于被考虑的坐标处的事件的数量或密度。可以看出测量的四个主要点，其中，前两个点1和2对应于通过具有不同能量的粒子组产生的辐射，点3对应于不同基本阳极之间共享的电荷，以及点4对应于由其影响被去除的扩散辐射得到的电荷。这通过校准操作来实现。第一校准由使检测器测量不存在扩散辐射时来自源的辐射。裸源(bare source)满足该标准。基于与图1所示相同参数获得直方图，但是其点值表示为P (X/S)，通过存在特性S时值X的概率P表示事件(没有扩散辐射)。在第二校准期间，相同源或可选的不同的源被放置在其发射大量扩散辐射的位置 (例如，浸入水中)，并且其辐射通过其检测器进行测量以给出表示为P(X)的另一直方图。 该第二校准通常对应于P^受控期间的获取情况(acquisition situation)。在该第二校准期间，保持确定检测器处到达的非扩散辐射的比例，由P6)表示。 这可以经由使用Monte-Carlo方法的模拟进行或者实验进行。该第二校准可以对应于P(S) 受控期间的获取情况。接下来，利用公式P(WZ) = P(ZM)X^计算图1的直方图中的每个事件的接
受概率，由P(s/X)表示。实际上，传统上使用概率的条件贝叶斯公式(conditional Bayes formula)，其结果为作为与图1相同参数的函数的新的直方图。所述方法的最终步骤由利用所有接受概率加权图1中的直方图(即，逐点确定它们的产生点(product point))组成。如果适当地执行了校准，则在图1的直方图中，接受概率在点4处非常低，在最终获得的直方图(图3所示)中大大减少了其内容，因此增强了在点1、2和3处记录的事件。显然，通过根据表征事件的一个或多个参数向每个事件分配加权因子，可以在构造测量直方图时执行该加权。可以通过考虑其能量分别为El和E2的传输单一能量辐射的两个源1和2而使该实例变得复杂。所寻求的参数S可以对应于情况S = Sl(其中，待测量的辐射的能量等于El)和S = S2 (其中，待测量的辐射的能量等于E2)。然后，利用能量为El的辐射源和能量为E2的辐射源单独执行先前描述的校准步骤。从而，使用类似的公式
P(S = SHX) = PiXIS = 乂)xi^f,==1)推导出两组接受概率P(S = Sl/Χ)和P(S = S2/X)，
并且对于S = S2来说同样如此。通过使实验直方图乘以由此获得的接受概率直方图，可以增强对应于能量El的测量和对应于能量E2的测量，这可以帮助在图1所示的情况下区别点1和点2。这种情况对于核医疗学中使用例如99mTc和123I的多同位素获取来说尤其有用。根据获得的实验直方图，可以建立直方图的估计i，每个元素$都形成满足标准j 的检测的光子的数量的估计。在该实例中，标准j对应于光子来源于发射能量光子的源的事实和该光子在其检测器材料中的交互之前没有扩散的事实。通过以下等式获得该估计^的值Sj=YjP(SjJX1)X(I)
i其中- =满足标准j的检测的光子的数量的估计，/式)=具有直方图中的坐标i的事件的接受概率，其中，已知标准j，-X⑴=具有测量实验直方图中的坐标i的点的值。在该实例中，标记i表示所检测的事件的坐标(QA，QK, Σ Q)。
实例n° 2 这里的目的在于定位检测器中的交互。为此，每个交互的参数都是沿着通过基本阳极测量的不同信号的质心的平面P且与它们的电荷偏移加权的坐标。这里， 平面P对应于与电极平行的平面。这在图7中示出。因此，事件的直方图是通过质心的坐标(xB，yB)限定的示图。校准步骤由通过使用与电极的尺寸相比窄的准直器将校准源移动至视场中的η. ρ个已知位置来构造η. ρ个直方图(在一个方向上为η，而在另一方向上为P)组成。因此，平面P中的交互的位置直接通根据准直源的位置获得。该直方图对应于P(X/S)，其中，X表示通过基本阳极测量的不同信号的质心的坐标(xB和yB)，S是同一平面中的源的位置，这里阴极的平面和阳极的平面通过共面基本阳极，即，一组坐标(x，y)形成。第二校准步骤由测量来自于分散均勻源的辐射组成，其给出与分别存在于每个采样点(其数量是任意的)处的n. P个源(在一个方向上为η，在另一个方向上为P)的叠加相对应的直方图P(X)。具有坐标(X，y)的源的存在结果的接受概率被写为P (S (X，y)/X)，并且如先前所
述它们等于P(s(x，y)/X)= ηΧ/"(ρχ;，χη》。以这种方式，计算接受概率的η. ρ个直方
图，每一个都针对源的每个潜在位置，通过将它们连续与测量的直方图相乘来使用这些直方图测量直方图与一个接受概率直方图之间的相关性越好，即，它们的系数积的大小和数量显著不同于0越多，越可以假设实验源具有接近与这些接受概率相关联的校准源的位置。可以使用已知方法来执行校正计算。根据所获得的实验直方图，可以确定直方图的估计J，每一个元素$都形成满足标准j的检测的光子的数量的估计。在该实例中，标准j对应于光子来源于视场中的坐标j 的位置的事实。这里，坐标j包括阴极和阳极的平面中的源的位置。因此，直方图S是二维直方图。其可以用于确定源的位置，源对应于值g具有最大值的坐标j。利用以下等式获得该估计g的值Sj=^P(SjJXl)Xii)
i其中=满足标准j的检测的光子的数量的估计，j表示被考虑的平面中的源的坐标，-P(SjAi)=直方图中具有坐标i的事件的接受概率，其中，已知标准j，-X(i)=测量的实验直方图中的坐标i的点的值。在该实例中，i表示不同信号的预先定义的质心的坐标(XB，Yb)。将会理解的是，当以三维方式移动源来执行校准时，可以获得三维直方图夂每个点^的值都与坐标j包含所观察源的概率相关。实例n° 3 涉及两个前面实例的组合试图确定检测器平面中的交互的位置，同时取消扩散辐射的贡献，整体形成标准S。事件的直方图可以包括四个参数收集最大电荷的阳极处的总电荷、阴极处的总电荷以及电荷质心的两个坐标。电荷的质心是指通过计算与通过其每一个测量的电荷偏移加权的基本电极的质心所确定的分段电极的平面的点。为了获得P (X/S)，利用精细准直点源获取η. ρ个直方图，点源位置已知。为了获得P(X)，利用分散均勻源获得类似的直方图，生成表示真实获取条件的一些扩散辐射。通过扩散辐射的估计，P⑶如实例n° 1已知。使用如实例n° 2的相同相关来进行源位置的估计。根据所获得的实验直方图，可以确定直方图的估计^，每一个元素g都形成满足标准j的检测的光子的数量的估计。在该实例中，标准j对应于光子来源于发射能量j的光子的源并且该光子在检测器材料的交互之前没有扩散的事实。利用以下等式获得该估计^的值
ι其中=满足标准j的检测的光子的数量的估计。在该实例中，标准j为光子源于给定位置(χ = n，y = ρ)在检测器中的交互之前没有扩散的事实。-P(SjAi)=直方图中具有坐标i的事件的接受概率，其中，已知标准j，-X⑴=具有测量实验直方图中的坐标i的点的值。在该实例中，i表示检测事件的坐标(QA，QK, XB, Yb)。因此，根据一个实施方式，本发明为用于处理通过检测器测量的数据的方法，包括以下步骤-确定实验直方图X，根据坐标i对每个检测事件进行分类，i表示表征事件的测量参数。坐标i处的直方图的值表示为x(i)其对应于在该坐标处检测的事件的数量；-对于直方图中的坐标i的点，确定接受概率P(SyiXi),表示当源满足标准j时检测坐标i处的事件的概率；-确定直方图^的估计，每个点$都表示满足标准j的检测射线的数量的估计。
权利要求
1.一种用于处理源自电磁或电离辐射的半导体检测器的数据的方法，所述检测器具有至少两个偏振电极，所述至少两个偏振电极在所述检测器的所述辐射的交互的影响下产生电信号，每个交互都能够基于对电信号的测量通过至少一个参数来表征，以确定事件的直方图，所述方法包括确定一组接受概率以及根据所述接受概率校正事件的直方图，其特征在于，通过双重校准来获得所述一组接受概率，其中，所述检测器被照射有关于事件的可接受标准不同的辐射。
2.根据权利要求1所述的用于处理数据的方法，其特征在于，事件(X)的接受概率P(s/X)根据辐射可接受标准(S)的概率来确定并等于^^^，其中，P(X/S)对应于第一校准中总是具有标准(S)的辐射的事件X的发生概率，P(S)对应于第二校准中标准(S) 的概率，以及P(X)对应于所述第二校准中事件⑴的发生的概率。
3.根据权利要求1或2所述的用于处理数据的方法，其特征在于，通过将事件的所述直方图逐点乘以所述一组接受概率来校正事件的所述直方图。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于处理数据的方法，其特征在于，进一步包括估计满足标准(j)的检测射线的数量，通过使由对应于该标准的接受概率校正的所述直方图的点的值相加来获得该估计(Sj )。
全文摘要
本发明涉及用于处理源自电离辐射检测器的数据的方法。在直方图中使通过半导体检测器上的电离辐射的影响所获得的电荷的测量分组。校准和所获得的数据用于获得测量的接受概率，其用于通过加权测量来构建事件的直方图，以排除一些因素(诸如扩散辐射)的影响或者相反地增强该影响。
文档编号G01T7/00GK102576087SQ201080045285
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月4日 优先权日2009年10月7日
发明者埃里克·格罗·达永, 托马斯·博尔迪, 纪尧姆·蒙泰蒙特 申请人:法国原子能及替代能源委员会