CN110456404B - 辐射探测装置和成像系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了辐射探测装置和成像系统。该辐射探测装置包括至少一个探测通道，每个探测通道均包括探测器和至少一个计数通道，其中，每个计数通道均包括：比较器，其被配置为将探测器响应于接收到的放射性射线而产生的待测电信号的幅值与幅度阈值进行比较；计数器，其被配置为根据比较器输出的比较结果对放射性射线中的粒子进行计数；转换单元，其被配置为根据预先存储的参考电信号的测量结果将所接收的能量阈值转换为幅度阈值，并将转换后的幅度阈值提供给比较器，其中，所有探测通道中的计数通道接收到的能量阈值都相同。通过本申请实施例提供的技术方案，可以实现使不同探测通道所记录的粒子数相同，从而可以提高探测结果的准确性。

Description

辐射探测装置和成像系统

技术领域

本申请涉及辐射探测与成像领域，特别涉及一种辐射探测装置和成像系统。

背景技术

本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

辐射探测装置可以用于检测放射性物质，其广泛应用于医学研究、核辐射防护、核安检、环境保护及国土安全等领域。目前，辐射探测装置主要是利用探测器将接收到的放射性射线转化为电信号，利用电压比较器将探测器输出的电信号的幅值与预设电压阈值进行比较并输出对应的电平信号，并且利用计数器记录电压比较器在单位时间内输出的电平信号的上升沿的跳变次数，从而实现对单位时间内接收到的放射性射线中的粒子进行计数的目的。

在实现本申请的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

由于辐射探测装置的不同探测通道中的探测器等前端器件输出的电信号的增益大小可能不一致，这使得不同探测通道对于入射能量大小相同的放射性射线所产生的电信号的幅值不尽相同。如果将所有探测通道的预设电压阈值都设置为大小相同，则每个探测通道记录下的粒子数所对应的能量大小范围不尽相同，这可能会导致不同探测通道所记录的粒子数不一致的问题，从而会影响探测结果的准确性。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种辐射探测装置和成像系统，以提高探测结果的准确性。

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种辐射探测装置，其可以包括至少一个探测通道，每个所述探测通道均可以包括探测器和至少一个计数通道，每个所述计数通道均可以包括：

比较器，其被配置为将所述探测器响应于接收到的放射性射线而产生的待测电信号的幅值与幅度阈值进行比较；

计数器，其被配置为根据所述比较器输出的比较结果对所述放射性射线中的粒子进行计数；以及

转换单元，其被配置为根据预先存储的参考电信号的测量结果将所接收的能量阈值转换为所述幅度阈值，并将转换后的所述幅度阈值提供给所述比较器，

其中，所有所述探测通道中的所述计数通道接收到的所述能量阈值都相同。

在一个实施例中，所述转换单元包括：

确定单元，其被配置为根据预先获取的参考电信号的测量结果确定出与所述能量阈值对应的幅度阈值；

数字模拟转换器，其被配置为将所述幅度阈值进行数模转换并将转换后的所述幅度阈值提供给所述比较器。

在一个实施例中，所述测量结果包括：

参考电信号的幅度与能量之间的转换系数；

至少两个幅度以及对应的能量；或者

记录有参考电信号的幅度与能量之间的匹配关系的查找表。

在一个实施例中，针对不同的所述探测通道，所述测量结果不尽相同。

在一个实施例中，所述探测器包括闪烁探测器或半导体探测器。

在一个实施例中，所述比较器包括电压比较器或电流比较器。

在一个实施例中，所述计数器包括多位同步计数器或多位异步计数器。

在一个实施例中，每个所述探测通道还包括：

放大器，其被配置为对所述探测器输出的所述待测电信号进行放大并将放大后的电信号输出至所述计数通道中的所述比较器。

在一个实施例中，所述辐射探测装置还包括：

总控单元，其被配置为向每个所述计数通道中的所述计数器提供时钟信号并向所述转换单元提供能量阈值。

在一个实施例中，每个所述探测通道还包括：

幅度控制单元，其被配置为在所述总控单元的控制下控制所述探测器输出的待测电信号的幅度。

在一个实施例中，每个所述探测通道还包括：

增益调节单元，其被配置为在所述总控单元的控制下调节所述探测器与所述比较器之间设置的放大器输出的电信号的增益。

本申请实施例还提供了一种成像系统，该成像系统可以包括：

上述辐射探测装置；以及

图像重建装置，其被配置为根据所述辐射探测装置的探测结果进行图像重建处理。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例通过向辐射探测装置中的所有探测通道中的计数通道提供相同的能量阈值，并且将每个计数通道中的转换单元设置为根据预先存储的参考电信号的测量结果将所接收的能量阈值转换为幅度阈值，并将转换后的幅度阈值提供给比较器，使得比较器可以将该幅度阈值与探测器输出的待测电信号的幅度进行比较，并且利用计数器根据比较器输出的比较结果来进行计数，这可以使每个探测通道所记录的粒子数都相同，从而可以提高探测结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种辐射探测装置的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的另一种辐射探测装置的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的又一种辐射探测装置的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的成像系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是用于解释说明本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例，并不希望限制本申请的范围或权利要求书。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置在”另一个元件上，它可以直接设置在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当元件被称为“连接/联接”至另一个元件，它可以是直接连接/联接至另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“连接/联接”可以包括电气和/或机械物理连接/联接。本文所使用的术语“包括/包含”指特征、步骤或元件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、步骤或元件的存在或添加。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意的和所有的组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，而并不是旨在限制本申请。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面结合附图对本申请实施例所提供的辐射探测装置和成像系统进行详细说明。

如图1所示，本申请实施例提供了一种辐射探测装置，其至少一个探测通道(1000,2000)，每个探测通道(1000,2000)均包括相互连接的探测器(100,100’)和至少一个计数通道(200,200’)，其中，探测器(100,100’)可以用于将接收到的放射性射线(例如，α射线、β射线、X射线或γ射线等)转换为待测电信号；计数通道(200,200’)可以用于根据探测器(100,100’)所输出的待测电信号对放射性射线中的粒子(例如，α粒子、β粒子或光子等)进行计数。当每个探测通道(1000,2000)包括多个计数通道(200,200’)时，所述多个计数通道(200,200’)的输入端可以并联至探测器(100,100’)的输出端。

探测器(100,100’)可以为能够将放射性射线转换为电信号的任何探测器，例如，闪烁探测器或半导体探测器等。当探测器(100,100’)为闪烁探测器时，其可以包括相互耦合的闪烁晶体和光电转换器。光电探测器可以包括光电倍增管(PMT)、单光子雪崩二极管(SPAD)、硅光电倍增器(SiPM)等器件。

每个计数通道(200,200’)均可以包括：比较器(210,210’)，其可以被配置为将探测器(100,100’)响应于所接收到的放射性射线而输出的待测电信号的幅值与幅度阈值进行比较，并输出对应的比较结果；计数器(220,220’)，其可以被配置为根据比较器(210,210’)输出的比较结果对放射性射线中的粒子进行计数；转换单元(230,230’)，其可以被配置为根据预先获取的参考电信号的测量结果将所接收的能量阈值转换为幅度阈值，并将转换后的幅度阈值提供给比较器(210,210’)。其中，所有探测通道(1000,2000)中的计数通道(200,200’)中的转换单元(230,230’)接收到的能量阈值都相同。另外，待测电信号与参考电信号可以属于同一种电信号，并且二者的频率、幅度和/或相位等可以有所不同。

在本申请的实施例中，比较器(210,210’)可以包括分别与探测器(100,100’)和转换单元(230,230’)的两个输入端(例如，正相输入端和反相输入端)以及与计数器(220,220’)连接的输出端。比较器(210,210’)的类型可以与待测电信号的幅度类型对应，其可以是电压比较器或电流比较器等，也还可以是其它类型的比较器。其操作过程如下：在接收到探测器(100,100’)输出的待测电信号之后，比较器(210,210’)可以将从探测器(100,100’)接收到的待测电信号的幅值与从转换单元(230,230’)接收到的幅度阈值进行比较并输出对应的比较结果。具体地，针对探测器(100,100’)和转换单元(230,230’)分别连接比较器的正相输入端和反相输入端的情况，当比较出电信号的幅值大于或等于幅度阈值时，比较器(210,210’)可以产生边沿跳变(例如，上升沿跳变)，并可以输出有效电平信号，例如，1；当比较出电信号的幅值小于幅度阈值时，比较器(210,210’)维持当前状态，并可以输出无效电平信号，例如，0。针对探测器(100,100’)和转换单元(230,230’)分别连接比较器的反相输入端和正相输入端的情况，当比较出电信号的幅值小于或等于幅度阈值时，比较器(210,210’)可以产生边沿跳变(例如，上升沿跳变)，并可以输出有效电平信号；当比较出电信号的幅值大于幅度阈值时，比较器(210,210’)维持当前状态，并可以输出无效电平信号。这里的有效电平信号可以是高电平或低电平，相应地，无效电平信号可以是低电平或高电平。

在本申请的实施例中，计数器(220,220’)可以是多位同步计数器或多位异步计数器，也还可以是其它类型的计数器。其操作过程如下：在接收到比较器(210,210’)输出的电平信号之后，其根据所接收到的电平信号按照预设计数方式对探测器接收到的放射性射线中的粒子进行计数。例如，每接收到一个有效电平信号，其在当前计数的基础上加1或减1，直到达到其计数上限或计数下限或被重置；每接收到一个无效电平信号，其维持当前计数不变。另外，计数器(210,210’)可以在计数的同时存储所记录的计数数据，也可以按照预设输出方式或者在总控单元的控制下向外部输出所记录的计数数据，该预设输出方式可以包括即时输出或周期性输出等。

在本申请的实施例中，转换单元(230,230’)可以包括确定单元(231,231’)和数字模拟转换器(DAC)(232,232’)，其中，确定单元(231,231’)可以用于根据预先获取的参考电信号的测量结果确定出与能量阈值对应的幅度阈值；数字模拟转换器(232,232’)可以用于对确定单元(231,231’)确定出的幅度阈值进行数模转换并将转换后的幅度阈值提供给比较器(210,210’)。该测量结果可以是从探测器(100,100’)测得的数据中提取的，也可以是通过对探测器(100,100’)测得的数据进行处理得到的，其可以预先存储在确定单元(231,231’)中。该测量结果可以包括所测得的能量与幅度之间的转换系数、至少两个幅度以及对应的能量、或者记录有幅度与能量之间的匹配关系的查找表等。需要说明的是，针对不同的探测通道，上述测量结果可以不尽相同，即，部分或全部不同。

通常情况下，探测器(100,100’)输出的电信号的幅度与其所对应的能量之间是成线性关系的，该线性关系可以通过以下公式来表达：M＝k*E+b，其中，M表示幅度，E表示能量，k和b表示转换系数。这两个转换系数k和b可以通过对预先测得的参考电信号的能谱进行处理来得到的。具体地，可以从测得的能谱中提取出幅度(例如，电压或电流等)，然后根据所提取出的幅度和所使用的辐射源的能量，确定出二者之间的线性关系，从而确定出二者之间的转换系数。

针对存储有上述转换系数的情况，当接收到能量阈值之后，确定单元(231,231’)可以利用所存储的转换系数对能量阈值进行计算，从而确定出对应的幅度阈值。

另外，也可以直接将从测得的参考电信号的能谱中提取出的幅度和所使用的辐射源的能量作为测量结果存储在确定单元(231,231’)中，这样，在接收到能量阈值之后，确定单元(231,231’)可以通过利用能量阈值对测量结果进行线性差值来确定出对应的幅度阈值。

此外，针对幅度与能量之间成非线性转换关系的情况，可以根据所使用的辐射源的能量以及所测得的参考电信号的幅度构建查找表，然后将该查找表存储在确定单元(231,231’)中。这样，在接收到能量阈值之后，确定单元(231,231’)可以从所存储的查找表中查找出与能量阈值匹配的幅度阈值。

以计数通道200为例，其可以操作如下：在接收到外部输入的能量阈值之后，转换单元230中的确定单元231可以根据内部存储的参考电信号的测量结果确定出与所接收的能量阈值对应的幅度阈值，此时该幅度阈值为数字信号，然后数字模拟转换器232将确定单元231发送的数字信号转换为模拟信号并将转换后的模拟信号提供给比较器210；在接收到探测器100输出的待测电信号和转换单元230发送的模拟信号之后，比较器210对这两种信号的幅值进行比较，当比较出待测电信号的幅值大于或等于模拟信号的幅值时，比较器210可以向计数器220输出高电平，当比较出待测电信号的幅值小于模拟信号的幅值时，比较器210向计数器220输出低电平；在接收到比较器210发送的电平信号之后，计数器220可以开始进行计数，当电平信号为高电平时，其可以在初始计数(例如，0)的基础上加1，直到达到其计数上限，而当电平信号为低电平时，其维持初始计数，直到接收到高电平。在完成计数之后，计数器220可以向外部输出所记录的计数数据。

通过上述描述可以看出，由于本申请实施例提供的辐射探测装置的所有探测通道中的计数通道中的转换单元所接收的能量阈值都相同，并且根据预先获取的参考电信号的测量结果来将能量阈值转换为幅度阈值，所以针对多个探测通道，如果由于探测器等前端器件的因素而导致所得到的测量结果不同，那么每个计数通道中的转换单元对能量阈值转换后得到的幅度阈值也会相应不同。因此，在将不同探测通道中的探测器输出的待测电信号的幅值分别与对应的幅度阈值对比之后，可以得到相同的比较结果，因而每个计数通道所记录的放射性射线的粒子数也相同，从而实现了提高探测结果的准确性的目的。

在本申请的另一实施例中，每个探测通道(1000,2000)还可以包括放大器(300,300’)，其可以被配置为对探测器(100,100’)输出的待测电信号进行放大并将放大后的电信号输出至计数通道(200,200’)中的每个比较器(210,210’)。通过利用放大器对探测器输出的待测电信号进行适当放大，可以便于比较器进行比较处理。

在本申请的另一实施例中，该辐射探测装置还可以包括总控单元400，其可以被配置为向所有计数通道(200,200’)中的计数器(220,220’)提供时钟信号，以使得计数器(220,220’)根据所接收的时钟信号进行计数，也可以向所有计数通道(200,200’)中的转换单元(230,230’)提供能量阈值。

在本申请的另一实施例中，如图2所示，每个探测通道(1000,2000)还可以包括幅度控制单元(500,500’)，其可以被配置为在总控单元400的控制下控制探测器(100,100’)输出的待测电信号的幅度，从而可以使得所有探测通道(1000,2000)中的探测器(100,100’)输出的待测电信号的幅度都尽可能相同。

在本申请的另一实施例中，如图3所示，每个探测通道(1000,2000)还可以包括增益调节单元(600,600’)，其可以被配置为在总控单元400的控制下调节放大器(300,300’)输出的电信号的增益，从而可以使得所有探测通道(1000,2000)中的放大器(300,300’)输出的电信号的增益都尽可能相同。

通过设置幅度控制单元和/或增益调节单元，可以减少探测器和放大器等前端器件的增益对后面的计数通道所记录的计数数据的影响，从而可以使得该辐射探测装置的探测结果更加准确。

本申请实施例还提供了一种成像系统，如图4所示，其可以包括上述实施例中的辐射探测装置和图像重建装置，该图像重建装置可以根据辐射探测装置的探测结果进行图像重建处理，从而可以实现对待测对象进行成像的目的。关于图像重建装置如何进行图像重建处理的具体过程，可以参照现有技术中的相关描述，在此不再赘叙。该图像重建装置可以是特定芯片，例如，FPGA芯片，也可以是计算机等计算装置。

上述实施例阐明的系统、装置、模块、单元等，具体可以由半导体芯片、计算机芯片和/或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别进行描述。当然，在实施本申请时可以在同一个或多个芯片中实现各单元的功能。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

上述实施例是为便于该技术领域的普通技术人员能够理解和使用本申请而描述的。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本申请不限于上述实施例，本领域技术人员根据本申请的揭示，不脱离本申请范畴所做出的改进和修改都应该在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种辐射探测装置，其包括至少一个探测通道，每个所述探测通道均包括探测器和至少一个计数通道，其特征在于，每个所述计数通道均包括：

比较器，其被配置为将所述探测器响应于接收到的放射性射线而产生的待测电信号的幅值与幅度阈值进行比较；

计数器，其被配置为根据所述比较器输出的比较结果对所述放射性射线中的粒子进行计数；以及

转换单元，其被配置为根据预先存储的参考电信号的测量结果将所接收的能量阈值转换为所述幅度阈值，并将转换后的所述幅度阈值提供给所述比较器，针对不同的所述探测通道，所述测量结果不尽相同，每个计数通道中的转换单元对能量阈值转换后得到的幅度阈值相应不同，在将不同探测通道中的探测器输出的待测电信号的幅值分别与对应的幅度阈值对比之后，得到相同的比较结果；

其中，所有所述探测通道中的所述计数通道接收到的所述能量阈值都相同；

其中，所述测量结果包括：

参考电信号的幅度与能量之间的转换系数；

至少两个幅度以及对应的能量；或者

记录有参考电信号的幅度与能量之间的匹配关系的查找表。

2.根据权利要求1所述的辐射探测装置，其特征在于，所述转换单元包括：

确定单元，其被配置为根据预先存储的参考电信号的测量结果确定出与所述能量阈值对应的幅度阈值；

数字模拟转换器，其被配置为对所述幅度阈值进行数模转换并将转换后的所述幅度阈值提供给所述比较器。

3.根据权利要求1所述的辐射探测装置，其特征在于，所述探测器包括闪烁探测器或半导体探测器。

4.根据权利要求1所述的辐射探测装置，其特征在于，所述比较器包括电压比较器或电流比较器。

5.根据权利要求1所述的辐射探测装置，其特征在于，所述计数器包括多位同步计数器或多位异步计数器。

6.根据权利要求1所述的辐射探测装置，其特征在于，每个所述探测通道还包括：

放大器，其被配置为对所述探测器输出的所述待测电信号进行放大并将放大后的电信号输出至所述计数通道中的所述比较器。

7.根据权利要求1或6所述的辐射探测装置，其特征在于，所述辐射探测装置还包括：

总控单元，其被配置为向每个所述计数通道中的所述计数器提供时钟信号并向所述转换单元提供能量阈值。

8.根据权利要求7所述的辐射探测装置，其特征在于，每个所述探测通道还包括：

幅度控制单元，其被配置为在所述总控单元的控制下控制所述探测器输出的待测电信号的幅度。

9.根据权利要求7所述的辐射探测装置，其特征在于，每个所述探测通道还包括：

增益调节单元，其被配置为在所述总控单元的控制下调节所述探测器与所述比较器之间设置的放大器输出的电信号的增益。

10.一种成像系统，其特征在于，该成像系统包括：

权利要求1-9任一项中所述的辐射探测装置；以及

图像重建装置，其被配置为根据所述辐射探测装置的探测结果进行图像重建处理。