一種閃爍脈沖信息復(fù)原的方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理、光電信號處理和輻射探測領(lǐng)域，尤其涉及一種閃爍脈 沖信息復(fù)原的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在正電子壽命譜儀、正電子角度-動量關(guān)聯(lián)分析儀等核分析領(lǐng)域，雙符合高能粒 子K別器等核探測領(lǐng)域，以及正電子發(fā)射斷層成像（Positron Emission Tomography,以下 簡稱PET)等醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域，探測高能粒子的主要工作原理是把高能射線轉(zhuǎn)化為電信號，再 利用快電子學(xué)得到粒子事件的各種信息。在一些帶有符合邏輯運(yùn)算和時間標(biāo)記的儀器應(yīng)用 中，對閃爍脈沖進(jìn)行整形放慢會影響其時間性能，并增加事件脈沖發(fā)生堆積的概率，所以將 閃爍脈沖直接進(jìn)行數(shù)字化更加能夠滿足這種需求。
[0003] 較為完整的對閃爍脈沖進(jìn)行數(shù)字化是采用高帶寬高采樣率的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (Analog to Digital Converter,以下簡稱ADC)直接對閃爍脈沖進(jìn)行采樣和量化。這種數(shù) 字化方法的成本較高，不能滿足多通道系統(tǒng)的實(shí)際需求。為了減少這種數(shù)字化方案的成本， 有兩種精簡模式，一種是采用降低采樣率的方式。由于采樣頻率較低，無整形的閃爍脈沖信 號的高頻部分不但不能被采樣，反而會由于頻域的混疊，影響到奈奎斯特頻率附近的分量 的精確度。為了緩解這種不足，會在閃爍脈沖輸出和數(shù)字化之間添加一個整形環(huán)節(jié)。這個 整形環(huán)節(jié)把閃爍脈沖高于奈奎斯特頻率的分量進(jìn)行衰減而保存了閃爍脈沖的低頻分量，其 作用是減少閃爍脈沖數(shù)字化在頻率的混疊，但由于奈奎斯特頻率本身的限制，超過該頻率 的分量始終是不能被采樣到的。
[0004] 除了在時間軸上對ADC進(jìn)行精簡以外，還有一種方式是對ADC在電壓軸上進(jìn)行精 簡。在電壓軸上進(jìn)行精簡的ADC可以利用開環(huán)設(shè)計(jì)提高有效帶寬，適合于高速信號處理。 例如，若干個比較器/ADC單元的數(shù)字化方法，或者是開路時間交織的ADC都屬于這個范疇。 這種ADC的特點(diǎn)是高采樣率高帶寬，但量化精度有限。由于閃爍脈沖具有比較鮮明的先驗(yàn) 知識，通過利用這些知識可以顯著提高數(shù)字化后信號復(fù)原的精度和優(yōu)化量化電平的設(shè)置。
[0005] 因此，針對上述稀疏量化電平ADC，有必要提供一種新的爍脈沖信息復(fù)原的方法及 系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種閃爍脈沖信息復(fù)原的方法及系統(tǒng)，一方面， 顯著提高數(shù)字化后信號復(fù)原的精度；另一方面，優(yōu)化量化電平的設(shè)置可以獲取更多的事件 信息。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0008] -種閃爍脈沖信息復(fù)原的方法，其具體包括步驟：
[0009] Sl :獲取低計(jì)數(shù)下的非堆積符合單事件的閃爍脈沖數(shù)據(jù)庫，再對各路單事件的閃 爍脈沖數(shù)據(jù)庫建立閃爍脈沖的噪聲模型，對各路非堆積符合單事件的閃爍脈沖數(shù)據(jù)庫求平 均脈沖，閃爍脈沖的形狀信息由平均脈沖給定；
[0010] S2:根據(jù)閃爍脈沖的噪聲模型計(jì)算給定能量值的后驗(yàn)概率對數(shù)值，具體包括步 驟：
[0011] (2. 1)載入一個閃爍脈沖片段Stl，該閃爍脈沖片段的起點(diǎn)是向上過閾值V1的時間 點(diǎn)h，終點(diǎn)是At，其中At是一個大于閃爍晶體下降沿時間常數(shù)兩倍的值，根據(jù)脈沖噪 聲模型，計(jì)算給定能量值的似然函數(shù)；
[0012] (2. 2)將所有時間點(diǎn)取對數(shù)，再相加，得到一個單調(diào)性與后驗(yàn)概率相同的函數(shù)的具 體值；
[0013] S3 :通過計(jì)算反復(fù)地調(diào)用步驟S2,獲得滿足最大后驗(yàn)概率條件的能量值，具體包 括步驟：
[0014] (3. 1)將步驟S2作為一個模塊反復(fù)調(diào)用，計(jì)算不同試探能量值的后驗(yàn)概率；
[0015] (3. 2)線性搜索滿足最大后驗(yàn)概率的能量值；
[0016] (3. 3)計(jì)算得到能量值后，根據(jù)能量值校準(zhǔn)2. 1中的時間基點(diǎn)，再重復(fù)3. 1和3. 2。
[0017] 優(yōu)選的，在上述閃爍脈沖信息復(fù)原的方法中，所述步驟Sl中閃爍脈沖數(shù)據(jù)庫中的 樣本數(shù)在2000個以上。
[0018] 優(yōu)選的，在上述閃爍脈沖信息復(fù)原的方法中，所述步驟Sl中閃爍脈沖的噪聲模型 包括特征：閃爍脈沖形狀、閃爍脈沖高度、閃爍脈沖噪聲水平。
[0019] 優(yōu)選的，在上述閃爍脈沖信息復(fù)原的方法中，所述步驟Sl中求平均脈沖的具體步 驟包括：
[0020] (1. 1)降低射源的輻射劑量得到弱源，通過弱源或調(diào)整弱源對探測器的立體角，降 低每個探測器捕獲的高能光子數(shù)，每個探測器接收到的事件是一個泊松流，其平均計(jì)數(shù)率 為
[0021]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種閃爍脈沖信息復(fù)原的方法，其特征在于：具體包括步驟： 51 :獲取低計(jì)數(shù)下的非堆積符合單事件的閃爍脈沖數(shù)據(jù)庫，再對各路單事件的閃爍脈 沖數(shù)據(jù)庫建立閃爍脈沖的噪聲模型，對各路非堆積符合單事件的閃爍脈沖數(shù)據(jù)庫求平均脈 沖，閃爍脈沖的形狀信息由平均脈沖給定； 52 :根據(jù)閃爍脈沖的噪聲模型計(jì)算給定能量值的后驗(yàn)概率對數(shù)值，具體包括步驟： (2. 1)載入一個閃爍脈沖片段Stl，該閃爍脈沖片段的起點(diǎn)是向上過閾值V1的時間點(diǎn)h， 終點(diǎn)是h+At，其中At是一個大于閃爍晶體下降沿時間常數(shù)兩倍的值，根據(jù)脈沖噪聲模 型，計(jì)算給定能量值的似然函數(shù)； (2. 2)將所有時間點(diǎn)取對數(shù)，再相加，得到一個單調(diào)性與后驗(yàn)概率相同的函數(shù)的具體 值； 53 :通過計(jì)算反復(fù)地調(diào)用步驟S2,獲得滿足最大后驗(yàn)概率條件的能量值，具體包括步 驟： (3. 1)將步驟S2作為一個模塊反復(fù)調(diào)用，計(jì)算不同試探能量值的后驗(yàn)概率； (3. 2)線性搜索滿足最大后驗(yàn)概率的能量值； (3. 3)計(jì)算得到能量值后，根據(jù)能量值校準(zhǔn)2. 1中的時間基點(diǎn)，再重復(fù)3. 1和3. 2。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍脈沖信息復(fù)原的方法，其特征在于：所述步驟Sl中閃爍 脈沖數(shù)據(jù)庫中的樣本數(shù)在2000個以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍脈沖信息復(fù)原的方法，其特征在于：所述步驟Sl中閃爍 脈沖的噪聲模型包括特征：閃爍脈沖形狀、閃爍脈沖高度、閃爍脈沖噪聲水平。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍脈沖信息復(fù)原的方法，其特征在于：所述步驟Sl中求平 均脈沖的具體步驟包括： (1. 1)降低射源的輻射劑量得到弱源，通過弱源或調(diào)整弱源對探測器的立體角，降低每 個探測器捕獲的高能光子數(shù)，每個探測器接收到的事件是一個泊松流，其平均計(jì)數(shù)率為 a m (1) 其中，Hii和qi分別是弱源的劑量和弱源對探測器的立體角，i是弱源的序數(shù)，η是弱源 的個數(shù)； (1. 2)按照恒定系數(shù)鑒別方法或前沿甄別方法對齊脈沖； (1. 3)對對齊后的脈沖取平均。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的閃爍脈沖信息復(fù)原的方法，其特征在于：所述步驟Sl中對齊 脈沖后，同一個能量值的閃爍脈沖在一個時間點(diǎn)上能量值會有一個分散的分布，這個分布 被定義為脈沖的噪聲模型，噪聲模型的參數(shù)留作計(jì)算給定能量值的后驗(yàn)概率值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍脈沖信息復(fù)原的方法，其特征在于：所述步驟Sl還包 括：將一能量區(qū)間選擇的符合脈沖對認(rèn)定為單事件脈沖對，將此數(shù)字化的電脈沖預(yù)先存儲 后，進(jìn)行離線分析，通過對齊脈沖對，獲得平均脈沖信號，將平均脈沖作為系統(tǒng)響應(yīng)，將數(shù)字 脈沖加和，得到單事件數(shù)據(jù)的能譜。
7. -種閃爍脈沖信息復(fù)原的系統(tǒng)，其特征在于：包括漲落模型模塊、后驗(yàn)概率模塊及 能量值搜索模塊，其中， 所述漲落模型模塊用于對預(yù)采集的低計(jì)數(shù)率數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，獲得閃爍探測器系統(tǒng)的漲 落模型，該漲落模型表征平均脈沖、噪聲方差和噪聲分布偏度，該噪聲模型提供給后驗(yàn)概率 模塊； 所述后驗(yàn)概率模塊用于后驗(yàn)概率的計(jì)算，獲得給定能量值的后驗(yàn)概率對數(shù)值； 所述能量值搜索模塊用于搜索滿足最大后驗(yàn)概率條件的能量值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的閃爍脈沖信息復(fù)原的系統(tǒng)，其特征在于：所述漲落模型模塊 包括平均脈沖模塊、脈沖噪聲模塊及概率密度分布模塊，其中， 所述平均脈沖模塊用于計(jì)算單事件的平均脈沖； 所述脈沖噪聲模塊用于計(jì)算單事件脈沖的噪聲方差； 所述概率密度分布模塊用于估計(jì)噪聲的概率密度分布函數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍脈沖信息復(fù)原的系統(tǒng)，其特征在于：所述后驗(yàn)概率模塊 包括似然函數(shù)分布模塊及時間點(diǎn)乘積模塊，其中， 所述似然函數(shù)分布模塊按照給定能量值和漲落模型模塊輸入的脈沖噪聲模型計(jì)算每 個點(diǎn)的似然函數(shù)值； 所述時間點(diǎn)乘積模塊負(fù)責(zé)計(jì)算后驗(yàn)概率對數(shù)值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍脈沖信息復(fù)原的系統(tǒng)，其特征在于：所述能量值搜索模 塊包括試探能量計(jì)算模塊、線性搜索模塊及時間基點(diǎn)校正模塊，其中， 所述試探能量計(jì)算模塊通過調(diào)用后驗(yàn)概率模塊計(jì)算出每個試探能量的后驗(yàn)概率對數(shù) 值； 所述線性搜索模塊通過線性搜索算法計(jì)算滿足最大后驗(yàn)概率條件的能量值； 所述時間基點(diǎn)校正模塊校正樣本的時間基點(diǎn)，并重復(fù)調(diào)用試探能量計(jì)算模塊和線性搜 索模塊。
【專利摘要】一種閃爍脈沖信息復(fù)原的方法，其包括步驟：獲取低計(jì)數(shù)下的非堆積符合單事件的閃爍脈沖數(shù)據(jù)庫，再對各路單事件的閃爍脈沖數(shù)據(jù)庫建立閃爍脈沖的噪聲模型；根據(jù)閃爍脈沖的噪聲模型計(jì)算給定能量值的后驗(yàn)概率對數(shù)值；通過計(jì)算反復(fù)地調(diào)用第二步驟，獲得滿足最大后驗(yàn)概率條件的能量值。一種閃爍脈沖信息復(fù)原的系統(tǒng)，其包括漲落模型模塊、后驗(yàn)概率模塊及能量值搜索模塊。本發(fā)明閃爍脈沖信息復(fù)原的方法及系統(tǒng)，有效提高了系統(tǒng)能量計(jì)算精確度，特別適合于稀疏量化電平ADC數(shù)字式核儀器的能量計(jì)算。
【IPC分類】G01T7-00, G01T1-20
【公開號】CN104656119
【申請?zhí)枴緾N201310585902
【發(fā)明人】謝慶國, 鄧貞宙
【申請人】蘇州瑞派寧科技有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2013年11月19日
【公告號】WO2015074312A1