基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法及装置

摘要

本发明提供了基于一种光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法及装置，其方法包括：获取CdZnTe探测器在X射线处于不同管电流下的计数率变化曲线；进行预设管电流步进并获取CdZnTe探测器在不同采集时间下的光电流台阶曲线中，并进行均值与拟合处理，得到管电流与光电流的关联关系；基于管电流与光电流的关联关系以及不同的探测器工作偏压下判断光电流台阶曲线的稳定性，基于稳定性确定CdZnTe探测器是否处于极化状态；CdZnTe探测器在非极化状态时，基于计数率变化曲线对CdZnTe探测器进行计数率测试。本发明通过对比计数率曲线和光电流响应曲线，可以快速判断探测器是否在非极化状态，在最终某一管电压下的计数率拟合曲线中，可以准确地测评高计数率CdZnTe探测器在某一X射线剂量下的计数率。

说明书

技术领域

本发明涉及CdZnTe探测器计数率测试技术领域，具体涉及一种基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

X射线由于其优秀的物理性质，已经在安检安防、医疗影像、核能利用、天体物理等领域得到了广泛的应用。探测器是X射线探测与成像设备的核心部件，X射线探测技术的提高得益于探测器的进步。CdZnTe被认为是实现光子计数技术的最佳材料，具有巨大的应用前景。随着晶体生长技术和专用集成的迅猛发展，使得CdZnTe光子计数探测器的大规模应用成为可能。

在X射线成像领域，相比于前代技术，CdZnTe光子计数探测器可广泛的应用于医疗、安检、工业无损检测等X射线成像领域，但在大剂量X射线入射下容易发生极化效应，这严重限制了CdZnTe探测器的应用。CdZnTe半导体探测器的计数特性与载流子输运性能密切相关，通过对比分析典型不同计数特性的CdZnTe光子计数探测器的I-V特性、

目前国内还缺乏具有更高性能的适配于CdZnTe探测器的ASIC。但在CdZnTe的应用场景中，如医疗CT中，需要CdZnTe探测器具有探测大于100M/mm

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法、装置、电子设备及存储介质，其基于光电流响应进行测试，能够进行光子计数型CdZnTe探测器晶体的高计数率评测，且能够达到探测大于100M/mm

为了解决实现上述目的，本发明提供了一种基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法，包括：

获取第一管电压下，CdZnTe探测器在预设射线源处于不同剂量管电流下的计数率变化曲线；

在所述第一管电压下，每预设间隔时间段对管电流进行预设管电流步进并获取CdZnTe探测器在不同采集时间下的光电流台阶曲线，并对获取的光电流台阶曲线进行均值处理与拟合处理，得到管电流与光电流的关联关系；

基于所述管电流与光电流的关联关系以及不同的探测器工作偏压下判断所述光电流台阶曲线的稳定性，基于所述光电流台阶曲线的稳定性确定CdZnTe探测器是否处于极化状态；

CdZnTe探测器在非极化状态时，基于计数率变化曲线对CdZnTe探测器进行计数率测试。

在可能的一些实施例中，所述第一管电压为80kV，所述不同管电流的范围为0.1mA～0.6mA。

在可能的一些实施例中，所述计数率变化曲线包括线性区、非线性区和饱和区，所述线性区对应的管电流范围为0-0.01mA，非线性区对应的管电流范围为0.01mA-0.04mA，饱和区对应的管电流范围为0.04mA-0.60mA。

在可能的一些实施例中，在所述第一管电压下，每预设间隔时间段对管电流进行预设管电流步进并作用在所述光电流台阶曲线中，包括：

在80kV管电压下，以每60S步进0.02mA，得到管电流与时间之间的阶梯关联关系；

将所述管电流与时间之间的阶梯关联关系作用在所述光电流台阶曲线中。

在可能的一些实施例中，对所述作用后的光电流台阶曲线进行均值处理与拟合处理，得到管电流与光电流的关联关系，包括：

对光电流台阶曲线中的每一台阶光电流的平均值，并对所有平均值进行线性拟合得到光电流与时间的函数关系；

根据所述光电流与时间的函数关系与所述管电流与时间之间的阶梯关联关系得到所述管电流与光电流的关联关系。

在可能的一些实施例中，基于所述管电流与光电流的关联关系以及不同的探测器工作偏压下判断所述光电流台阶曲线的稳定性，基于所述光电流台阶曲线的稳定性确定CdZnTe探测器是否处于极化状态，包括：

分别检测探测器工作偏压为-600V、-400V和-200V下的光电流台阶曲线的台阶高度变化；

基于所述管电流与光电流的关联关系确定所述光电流台阶曲线的线性状态；

当所述台阶高度变化超过设定范围，或所述光电流台阶曲线的线性状态为非线性状态时，则CdZnTe探测器处于极化状态；反之，则CdZnTe探测器处于非极化状态。

在可能的一些实施例中，CdZnTe探测器在非极化状态时，基于计数率变化曲线对CdZnTe探测器进行计数率测试，包括：

对所述计数率变化曲线从线性区进行线性拟合并延长至非线性区和饱和区得到计数率变化拟合曲线；

基于所述计数率变化拟合曲线对CdZnTe探测器进行计数率测试。

本发明还提供一种基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试装置，所述基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试装置包括：

曲线获取模块，用于获取第一管电压下，CdZnTe探测器在预设射线源处于不同管电流下的计数率变化曲线；

关系确定模块，用于在所述第一管电压下，每预设间隔时间段对管电流进行预设管电流步进并获取CdZnTe探测器在不同采集时间下的光电流台阶曲线，并对获取的光电流台阶曲线进行均值处理与拟合处理，得到管电流与光电流的关联关系；

极化确定模块，用于基于所述管电流与光电流的关联关系以及不同的探测器工作偏压下判断所述光电流台阶曲线的稳定性，基于所述光电流台阶曲线的稳定性确定CdZnTe探测器是否处于极化状态；

测试模块，用于CdZnTe探测器在非极化状态时，基于计数率变化曲线对CdZnTe探测器进行计数率测试。

本发明还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，其中，

所述存储器，用于存储程序；

所述处理器，与所述存储器耦合，用于执行所述存储器中存储的所述程序，以实现上述任一种实现方式中的所述基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法中的步骤。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读取的程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时，能够实现上述任一种实现方式中的所述基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法中的步骤。

采用上述实施例的有益效果是：本发明采用基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法，通过对比计数率曲线和光电流响应曲线，可以快速判断探测器是否工作在非极化状态，在最终所得某一管电压下的计数率拟合曲线中，可以准确地测评高计数率CdZnTe探测器在某一X射线剂量下的计数率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法一个实施例的流程示意图；

图2为本发明提供的计数率变化曲线一个实施例的流程示意图；

图3为本发明提供的光电流台阶曲线一个实施例的流程示意图；

图4为本发明提供的管电流与光电流的关联曲线一个实施例的流程示意图；

图5为本发明提供的在不同探测器工作偏压下的光电流台阶曲线一个实施例的流程示意图；

图6为本发明提供的计数率变化拟合曲线一个实施例的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试装置的一个实施例结构示意图；

图8为本发明实施例提供的电子设备的一个实施例结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明提供了一种基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法、装置、电子设备以及存储介质，以下分别进行说明。

如图1所示，为本发明实施例提供的基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法的一个实施例流程示意图，该方法包括：

S101、获取第一管电压下，CdZnTe探测器在预设射线源处于不同管电流下的计数率变化曲线；

S102、在所述第一管电压下，每预设间隔时间段对管电流进行预设管电流步进并获取CdZnTe探测器在不同采集时间下的光电流台阶曲线，并对获取的光电流台阶曲线进行均值处理与拟合处理，得到管电流与光电流的关联关系；

S103、基于所述管电流与光电流的关联关系以及不同的探测器工作偏压下判断所述光电流台阶曲线的稳定性，基于所述光电流台阶曲线的稳定性确定CdZnTe探测器是否处于极化状态；

S104、CdZnTe探测器在非极化状态时，基于计数率变化曲线对CdZnTe探测器进行计数率测试。

与现有技术相比，本发明采用基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法，通过对比计数率曲线和光电流响应曲线，可以快速判断探测器是否工作在非极化状态，在最终所得某一管电压下的计数率拟合曲线中，可以准确地测评高计数率CdZnTe探测器在某一X射线剂量下的计数率。

在本发明的一些实施例中，所述第一管电压为80kV，所述不同管电流的范围为0.1mA～0.6mA。

在本发明的一些实施例中，请查阅图2，图2为本发明提供的计数率变化曲线一个实施例的流程示意图，其中，横坐标为管电流(mA)，纵坐标为计数率(cps/mm

需要说明的是，第II区域和第III区域计数率的下降是受限于ASIC的信号处理能力，而非探测器发生了极化效应。

在本发明的一些实施例中，在所述第一管电压下，每预设间隔时间段对管电流进行预设管电流步进并作用在所述光电流台阶曲线中，包括：

在80kV管电压下，以每60S步进0.02mA，得到管电流与时间之间的阶梯关联关系；

将所述管电流与时间之间的阶梯关联关系作用在所述光电流台阶曲线中。

具体的，请参阅图3，图3为本发明提供的光电流台阶曲线一个实施例的流程示意图，其中，横坐标为时间(s)，纵坐标为光电流(nA)，通过每60S步进0.02mA的设定方式能够得到光电流与时间的I-t台阶曲线图。

在本发明的一些实施例中，对所述作用后的光电流台阶曲线进行均值处理与拟合处理，得到管电流与光电流的关联关系，包括：

对光电流台阶曲线中的每一台阶光电流的平均值，并对所有平均值进行线性拟合得到光电流与时间的函数关系，其中，一般以0.02mA为步进(60S)，对I-t曲线在0～0.6mA剂量下的光电流(如30个值)求平均值，随后根据公式y＝kx+b进行线性拟合，其中y为光电流，x为时间，b为截距，使用最小二乘法找到自变量x(时间)和因变量y(光电流)之间的函数关系；

根据所述光电流与时间的函数关系与所述管电流与时间之间的阶梯关联关系得到所述管电流与光电流的关联关系。具体的，请参阅图4，图4为本发明提供的管电流与光电流的关联曲线一个实施例的流程示意图，其中，横坐标为管电流(mA)，纵坐标为光电流(nA)，方块线为实测值，直线为拟合值。

在本发明的一些实施例中，基于所述管电流与光电流的关联关系以及不同的探测器工作偏压下判断所述光电流台阶曲线的稳定性，基于所述光电流台阶曲线的稳定性确定CdZnTe探测器是否处于极化状态，包括：

分别检测探测器工作偏压为-600V、-400V和-200V下的光电流台阶曲线的台阶高度变化；

基于所述管电流与光电流的关联关系确定所述光电流台阶曲线的线性状态；

当所述台阶高度变化超过设定范围，或所述光电流台阶曲线的线性状态为非线性状态时，则CdZnTe探测器处于极化状态；反之，则CdZnTe探测器处于非极化状态。

在一些实施例中，一般通过观察I-t曲线平台的稳定性(台阶高度无明显的先增大后减小)和线性可以确定探测器是否工作在非极化状态。

具体的，请参阅图5，图5为本发明提供的在不同探测器工作偏压下的光电流台阶曲线一个实施例的流程示意图，其中，呈现的是管电流为0.05mA下光电流在时间变化下的台阶变化情况，(a)、(b)、(c)的探测器工作偏压分别为-600V、-400V和-200V，蓝色线为实测值，(b)和(c)中的红色虚线将曲线划分成了stage1、stage2和stage3，划分依据为光电流台阶的高度，高度从小到大依次为stage3、stage2、stage1。图5(b)中stage2部分光电流台阶出现明显增大，图5(c)中stage2也有同样的现象，并且在stage3部分光电流台阶出现了明显的下降，此时说明探测器处于完全极化状态；若具有良好的线性(拟合值与实测值偏离小于5％)，则探测器工作在非极化状态，否则探测器工作在极化状态。

在可能的一些实施例中，CdZnTe探测器在非极化状态时，基于计数率变化曲线对CdZnTe探测器进行计数率测试，包括：

对所述计数率变化曲线从线性区进行线性拟合并延长至非线性区和饱和区得到计数率变化拟合曲线；

基于所述计数率变化拟合曲线对CdZnTe探测器进行计数率测试。

具体的，请参阅图6，图6为本发明提供的计数率变化拟合曲线一个实施例的流程示意图，其中实线带方块线为实测值，实斜线为拟合延长线，虚线将曲线划分为I、II、III三个区域，同样采用公式y＝kx+b进行线性拟合，y为计数率，x为管电流，b为截距。一般而言，对图2计数率曲线的线性区(I区)进行线性拟合并延长至非线性区(II区)和饱和区(III区)，拟合过程中通过将计数率单位cps/mm

经过上述拟合处理，当在不同管电压下进行CdZnTe探测器计数率测试时，通过拟合的管电流即可对计数率进行高效测试，且能够实现CdZnTe探测器计数率大于100Mcps/mm

为了更好实施本发明实施例中的基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法，在基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法基础之上，对应的，如图7所示，本发明实施例还提供了一种基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试装置700，包括：

曲线获取模块701，用于获取第一管电压下，CdZnTe探测器在预设射线源处于不同管电流下的计数率变化曲线；

关系确定模块702，用于在所述第一管电压下，每预设间隔时间段对管电流进行预设管电流步进并获取CdZnTe探测器在不同采集时间下的光电流台阶曲线，并对获取的光电流台阶曲线进行均值处理与拟合处理，得到管电流与光电流的关联关系；

极化确定模块703，用于基于所述管电流与光电流的关联关系以及不同的探测器工作偏压下判断所述光电流台阶曲线的稳定性，基于所述光电流台阶曲线的稳定性确定CdZnTe探测器是否处于极化状态；

测试模块704，用于CdZnTe探测器在非极化状态时，基于计数率变化曲线对CdZnTe探测器进行计数率测试。

这里需要说明的是：上述实施例提供的基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试装置700可实现上述各方法实施例中描述的技术方案，上述各模块或单元具体实现的原理可参见上述方法实施例中的相应内容，此处不再赘述。

如图8所示，基于上述基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法，本发明还相应提供了一种电子设备800。该电子设备800包括处理器801、存储器802及显示器803。图8仅示出了电子设备800的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。

所述存储器802在一些实施例中可以是所述电子设备800的内部存储单元，例如电子设备800的硬盘或内存。所述存储器802在另一些实施例中也可以是所述电子设备800的外部存储设备，例如所述电子设备800上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMediaCard，SMC)，安全数字(SecureDigital，SD)卡，闪存卡(FlashCard)等。

进一步地，所述存储器802还可既包括电子设备800的内部储存单元也包括外部存储设备。所述存储器802用于存储安装所述电子设备800的应用软件及各类数据。

所述处理器801在一些实施例中可以是一中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行所述存储器802中存储的程序代码或处理数据，例如本发明中的基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法。

所述显示器803在一些实施例中可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(OrganicLight-EmittingDiode，有机发光二极管)触摸器等。所述显示器803用于显示在所述电子设备800的信息以及用于显示可视化的用户界面。所述电子设备800的部件801-803通过系统总线相互通信。

在一实施例中，当所述处理器801执行所述存储器802中的基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试程序804时，可实现以下步骤：

获取第一管电压下，CdZnTe探测器在预设射线源处于不同管电流下的计数率变化曲线；

在所述第一管电压下，每预设间隔时间段对管电流进行预设管电流步进并获取CdZnTe探测器在不同采集时间下的光电流台阶曲线，并对获取的光电流台阶曲线进行均值处理与拟合处理，得到管电流与光电流的关联关系；

基于所述管电流与光电流的关联关系以及不同的探测器工作偏压下判断所述光电流台阶曲线的稳定性，基于所述光电流台阶曲线的稳定性确定CdZnTe探测器是否处于极化状态；

CdZnTe探测器在非极化状态时，基于计数率变化曲线对CdZnTe探测器进行计数率测试。

应当理解的是：处理器802在执行存储器801中的的基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试程序804时，除了上面的功能之外，还可实现其它功能，具体可参见前面相应方法实施例的描述。

进一步地，本发明实施例对提及的电子设备800的类型不做具体限定，电子设备800可以为手机、平板电脑、个人数字助理(personaldigitalassistant，PDA)、可穿戴设备、膝上型计算机(laptop)等便携式电子设备。便携式电子设备的示例性实施例包括但不限于搭载iOS、android、microsoft或者其他操作系统的便携式电子设备。上述便携式电子设备也可以是其他便携式电子设备，诸如具有触敏表面(例如触控面板)的膝上型计算机(laptop)等。还应当理解的是，在本发明其他一些实施例中，电子设备800也可以不是便携式电子设备，而是具有触敏表面(例如触控面板)的台式计算机。

相应地，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储计算机可读取的程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时，能够实现上述各方法实施例提供的方法步骤或功能。

采用上述实施例的有益效果是：本发明采用基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法，通过对比计数率曲线和光电流响应曲线，可以快速判断探测器是否工作在非极化状态，在最终所得某一管电压下的计数率拟合曲线中，可以准确地测评高计数率CdZnTe探测器在某一X射线剂量下的计数率。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上对本发明所提供的基于光电流响应的CdZnTe探测器计数率测试方法、装置、电子设备及存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。