高能X射线探测器射线串扰模拟研究.pdf

第28 卷 第12 期 核 技 术 Vol. 28, No.12 2005 年12 月 NUCLEAR TECHNIQUES December 2005 高能X 射线探测器射线串扰模拟研究 周日峰 张 平 张泽宏 （重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室ICT 研究中心 重庆 400044 ） 摘要 探测器的串扰噪声会对探测器的信噪比以及高能工业CT 的图像质量产生很大的影响。本文利用EGSnrc 程序模拟估算了CdWO4 探测器模块的串扰噪声，并初步分析比较了影响探测器模块串扰噪声的各种因素。对 在实际中选用和设计探测器模块有一定的指导意义，同时为利用软件修正探测器串扰噪声提供了理论计算参 数。 关键词 EGSnrc 程序，射线探测器，串扰噪声，X 射线 中图分类号 TP391 高能工业CT 主要用来对高密度、大工件进行 无损检测。此类工业 CT 一般用电子直线加速器作 为射线源，能量从几兆电子伏至十几兆电子伏，采 用线性探测器的高能工业 CT ，探测器数目一般较 少，扫描时间都很长。近年来，为了提高扫描速度 以及空间分辨率，人们采用截面很小、探测器密度 较大的探测器阵列。但探测器密度愈大，X 光子能 量愈高，所带来的探测器间的串扰影响愈大。有关 探测器之间的串扰噪音对高能工业 CT 图像的影 图1 探测器串扰噪声产生示意图 响，很多文献都进行了描述[1-3] 。它既降低了探测器 Fig. 1 Outline of the detector cross-talk noise 的信噪比，同时也会在图像的边缘产生伪影。 2 EGSnrc 程序模拟估算 1 探测器串扰噪声的物理机理 由于X 射线与物质的相互作用过程十分复杂， X 光子入射到介质中时，与该介质原子的电子、 故探测器之间的串扰噪声量通过理论计算几乎不可 带电粒子（原子核和电子）周围的电场以及与周围 能。同时因为探测器体积很小，相隔之间距离又很 的介子场发生作用。这4 种相互作用可导致X 光子 近，因此实验测量也非常困难。目前最理想的方法 全吸收，或者发生弹性（相干）散射或非弹性（非 是通过蒙特卡罗方法进行计算机模拟[5] 。 相干）散射。而每种相互作用的最主要结果有3 种： 本文利用的EGSnrc 程序包是National Research 光电子效应、康普顿散射和电子对效应[4] 。这3 种 Council of Canada 近来推出的蒙特卡罗模拟程序版 效应所产生的光电子、散射X 光子、反冲核、湮没 本。相对于以前的EGS 程序版本它在输入输出上作 光子等，要满足动量守恒和能量守恒的条件，其运 了很多改进，尽可能多地利用了相同的I/O 函数和 动方向必然会偏离入射X 光子的方向，如图1 所示。 一些共公共函数代码，同时由于能在Windows 平台 从图1 中可以看出，经准直了的X 射线束入射到探 上运行，因此界面非常友好，各种参数的设置修改 测器1 上，其中一部分光电子、散射X 光子等会穿 非常方便。 过隔离层被相邻的探测器2 、3、4 等收集到，这些 本文所模拟的探测器模块结构如图2 所示。各 探测器会产生一个相当于本底的输出量。这个输出 探测器的闪烁体为CdWO4 ，规格为：30 mm ×5 mm 量，即称为探测器间的信号串扰噪声。探测器串扰 ×0.8mm 。各探测器之间的隔离层距离相等，材料 噪声会影响到探测器的信噪比，过大时甚至会引起