CN103969675A - 数字化闪烁脉冲的基线校正方法及*** - Google Patents

数字化闪烁脉冲的基线校正方法及*** Download PDF

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Abstract

一种数字化闪烁脉冲的基线校正方法及***。该方法首先使用多阈值电压采样法，对闪烁脉冲信号进行时间轴向采样，获取闪烁脉冲波形的时间-阈值采样点；然后选取这些时间-阈值采样点，利用闪烁脉冲的形状特性来重建脉冲波形及辨识模型参数，据此估计闪烁脉冲的基线漂移均值；最后根据该基线漂移均值对闪烁脉冲波形进行基线校正。本发明还公开了一种数字化闪烁脉冲的基线校正***，包括数字采样模块、基线偏移计算模块和基线校正模块。本发明能够有效、准确地甄别闪烁脉冲的基线漂移，实现对基线的快速实时自适应校正，提高闪烁脉冲数据测量结果的信噪比和数据获得***的稳定性。

Description

数字化闪烁脉冲的基线校正方法及***
技术领域
本发明属于高能物理探测器和信号处理领域，具体涉及一种数字化闪烁脉冲的基线校正方法及***，可应用于高能粒子探测及医疗影像设备。
背景技术
在大多数的高能粒子探测领域以及医疗影像设备中，数据获得***采集和处理的闪烁脉冲通常是由闪烁晶体将高能粒子（如：x射线、γ射线等）转换成可见光，然后再由光电器件转换成可以进行测量的电脉冲信号，现有技术中典型的闪烁脉冲波形如图1所示。在对闪烁脉冲的信息提取中，由于受到探测器漏电流、闪烁脉冲拖尾、噪声干扰等因素的影响，闪烁脉冲往往是叠加在一个不稳定的基线上。这样不仅会造成闪烁脉冲到达时间和脉冲高度测量的不精确，降低原始数据的信噪比，同时也会对晶体分割、随机事件和散射事件的剔除产生间接影响，尤其是对正电子发射断层成像仪（PositronEmission Tomography，以下简称PET）重建图像的分辨率、对比度以及信噪比造成较大影响。因此，为了减少基线漂移对辐射探测***稳定性和性能指标的影响，有必要在提取闪烁脉冲信息之前进行基线校正。
基线校正的实现方式往往与数据获得***所在前端电子学电路的架构紧密相关。传统的基于模拟电路或者模拟-数字混合电路结构中，应用最为广泛的一种基线校正方法是基线恢复器。Robinson最早提出了一种针对单极信号的基线恢复器[L.B.Robinson,“Reduction of baseline shift in pulse-amplitudemeasurements”,Rev.Sci.Instrum.,Vol.32,p.1057,1961]。随后Chase[R.L.Chase and L.R.Poulo,“A high precision DC restorer”,IEEE Trans.Nucl.Sci.,vol.NS-14,no.6,pp.83-88,Dec.1967]，Fairstein[E.Fairstein,“Gated baselinerestorer with adjustable asymmetry”,IEEE Trans.Nucl.Sci.,vol.NS-22,no.1,pp.463-466,Feb.1975]以及Kuwata[M.Kuwata,H.Maeda,and K.Husimi,“Newbaseline restorer based on feedforward differential compensation”,IEEE Trans.Nucl.Sci.,vol.41,no.4,pp.1236-1239,Aug.1994]等研究组相继提出了各种改进型的基线恢复器，以提高基线校正的效率。另外，Geronimo[G.De.Geronimo,P.O’Connor,and J.Grosholz,“A CMOS baseline holder(BLH)forreadout ASICs”,IEEE Trans.Nucl.Sci.,vol.47,no.3,Jun.2000]也提出了一种可供选择的基于CMOS工艺的基线保持器。尽管这些电路在具体实现细节和功能特性上各不相同，但是它们都是依赖于模拟技术而发展起来的，这些电路的设计优化往往是针对某一特定的探测器结构而进行的，一旦设计完成就无法根据应用需求而改变，灵活性、扩展性和升级性受到了极大的制约。
随着各种通用数字化设备和电子器件的普及以及数字信号处理算法的广泛应用，数字化技术正被越来越多的引入到对闪烁脉冲的信息提取中。目前，对闪烁脉冲进行数字化处理的方法主要有：基于模拟-数字转换器（Analog-to-Digital Converter，以下简称ADC）的等间隔采样法和基于多阈值电压（Multi-Voltage Threshold，以下简称MVT）的时间轴向采样法。前者利用快速ADC对闪烁脉冲信号及基线进行等间隔采样，获取脉冲信号及基线的电压幅度样本点，其中脉冲信号幅度可用于脉冲信息提取，基线样本点可进行均值处理或者统计分析以进行基线校正[Hongdi Li,Chao Wang,HossainBaghaei et al.,“A new statistics-based online baseline restorer for a high count ratefully digital system”,IEEE Trans.Nucl.Sci.,vol.57,no.2,Apr.2010]。与基于ADC的等间隔采样不同，基于MVT的时间轴向采样法是已知阈值参考电压，来获取采样点的时间信息，然后通过数字信号处理算法提取闪烁脉冲的事件信息[Qingguo Xie,Chien-Min Kao,Zekai Hsiau et al.,“A new approach forpulse processing in positron emission tomography”,IEEE Trans.Nucl.Sci.,vol.52,no.4,Aug.2005]。MVT采样方法能够有效突破香农采样定理的限制，精确有效地获取闪烁脉冲的事件信息[Qingguo Xie,Chien-Min Kao,Xi Wang etal.，“Potentials of digitally sampling scintillation pulses in timing determination inpet”,vol.56,no.5,Oct.2009]。对于MVT采样方法，其同样会受到基线漂移对闪烁脉冲信息获取的干扰问题，而目前现有的基线校正方法均无法有效地解决MVT的基线漂移问题。
因此，针对上述技术问题，有必要提出一种新的数字化闪烁脉冲的基线校正方法及***，以克服上述缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种数字化闪烁脉冲的基线校正方法及***，用于解决高能物理粒子探测及医疗影像设备中前端电子学基线漂移问题。该方法通过对闪烁脉冲进行多阈值电压采样，利用闪烁脉冲的先验知识，运用创新的数字信号处理算法，对由探测器漏电流、脉冲拖尾及噪声干扰等引起的基线漂移进行有效、准确和快速地自适应校正，同时提高闪烁脉冲数据测量结果的信噪比和数据获得***的稳定性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种数字化闪烁脉冲的基线校正方法，所述基线校正方法步骤如下：
（1）使用多阈值电压采样法，对闪烁脉冲信号进行时间轴向采样，获取闪烁脉冲波形的数字化采样点；
（2）选取各个闪烁脉冲相应的数字化采样点，根据闪烁脉冲的形状特性，重建脉冲波形并辨识模型参数，据此获得各个闪烁脉冲的基线漂移量，然后对所得的基线漂移量进行分析，获得基线漂移均值；
（3）将重建后的闪烁脉冲波形减去步骤（2）获得的基线漂移均值，完成基线校正。
优选的，在上述数字化闪烁脉冲的基线校正方法中，所述步骤（1）中多阈值电压采样方法具体为：预先设置若干阈值参考电压，记录闪烁脉冲电压幅度达到各个阈值电压的具体时刻，每个电压阈值和对应的触发时间即组成一个时间-阈值采样点。
优选的，在上述数字化闪烁脉冲的基线校正方法中，所述步骤（2）中闪烁脉冲的形状特性根据所耦合的闪烁晶体和光电转换器件的类别进行建模获得。
优选的，在上述数字化闪烁脉冲的基线校正方法中，所述步骤（2）中辨识模型参数是指根据闪烁脉冲的形状特性，对所选取闪烁脉冲波形的时间-阈值采样点进行函数逼近得到特征数学模型，并从中提取刻画闪烁脉冲特性的参数值。
优选的，在上述数字化闪烁脉冲的基线校正方法中，所述步骤（2）中闪烁脉冲基线偏移量是从提取的刻画闪烁脉冲特性的参数值中找到描述基线水平的量得到。
优选的，在上述数字化闪烁脉冲的基线校正方法中，所述步骤（2）中对所得到的各个闪烁脉冲的基线偏移量进行分析的方法为均值计算或统计分析。
一种数字化闪烁脉冲的基线校正***，其包括：
数字化采样模块，用于使用多阈值电压采样方法对闪烁脉冲进行时间轴向采样，获取闪烁脉冲的数字化采样点；
基线偏移计算模块，用于重建闪烁脉冲波形，辨识模型参数，获得闪烁脉冲的基线漂移量，并利用统计分布计算闪烁脉冲的基线漂移均值；
基线校正模块，用于对闪烁脉冲进行基线校正，还原闪烁脉冲的原始数据信息。
优选的，在上述数字化闪烁脉冲的基线校正***中，所述数字化采样模块包括阈值电压设置模块、阈值甄别器模块和时间标记模块，其中，
阈值电压设定模块用于设定阈值参考电压，并将阈值参考电压送到阈值甄别器模块和时间标记模块；
阈值甄别器模块用于比较闪烁脉冲阈值电压与阈值参考电压之间的大小关系，并在闪烁脉冲电压穿过阈值参考电压时产生逻辑脉冲，并将产生的逻辑脉冲送到时间标记模块进行时间打标；
时间标记模块用于对阈值甄别器模块输出的逻辑脉冲进行时间标记，并将所得的时间戳与其相应的阈值参考电压组成时间-阈值采样点并传送到基线偏移计算模块。
优选的，在上述数字化闪烁脉冲的基线校正***中，所述基线偏移计算模块包括事件堆积剔除模块、脉冲重建模块和基线偏移量计算模块，其中，
事件堆积剔除模块用于鉴别及剔除闪烁脉冲中的堆积事件；
脉冲重建模块用于重建所述闪烁脉冲波形，辨识模型参数，并将重建参数值传送到基线偏移量计算模块；
基线偏移量计算模块根据脉冲重建模块获取的重建参数计算闪烁脉冲的基线偏移量，然后对一段时间范围内的基线偏移量进行统计直方图分析，获得闪烁脉冲的平均基线偏移量并传送到基线校正模块。
从上述技术方案可以看出，本发明实施例的数字化闪烁脉冲的基线校正方法通过对闪烁脉冲进行多阈值电压采样，利用闪烁脉冲的先验知识，运用创新的数字信号处理算法，对由探测器漏电流、脉冲拖尾及噪声干扰等引起的基线漂移进行有效、准确和快速地自适应校正，同时提高闪烁脉冲数据测量结果的信噪比和数据获得***的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中常见的闪烁脉冲信号的示意图；
图2为本发明数字化闪烁脉冲基线校正方法的流程图；
图3为本发明数字化闪烁脉冲基线校正方法中采用统计分布方法对基线偏移值进行分析的结果图；
图4为本发明数字化闪烁脉冲基线校正方法对闪烁脉冲基线正向漂移进行校正的效果图。
图5为本发明数字化闪烁脉冲基线校正方法中采用4阈值MVT采样方法对由LYSO/PMT探测器输出闪烁脉冲进行采样及脉冲形状拟合的示意图；
图6为本发明数字化闪烁脉冲基线校正方法中采用4阈值MVT采样方法对由LYSO/SiPM探测器输出闪烁脉冲进行采样及脉冲形状拟合的示意图；
图7为本发明数字化闪烁脉冲基线校正***的***结构图；
图8为本发明对能量分辨率的效果图，其中，8（a）为未使用本发明获得的能量分辨率的效果图，8（b）为使用本发明获得的能量分辨率的效果图。
具体实施方式
本发明公开了一种数字化闪烁脉冲的基线校正方法及***，用于解决高能物理粒子探测领域及医疗影像设备中前端电子学***基线漂移问题。该方法通过对闪烁脉冲进行多阈值电压采样，利用闪烁脉冲的先验知识，运用创新的数字信号处理算法，对由探测器漏电流、脉冲拖尾及噪声干扰等引起的基线漂移进行有效、准确和快速地自适应校正，同时提高闪烁脉冲数据测量结果的信噪比和数据获得***的稳定性。
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详细地描述，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，本发明公开的数字化闪烁脉冲的基线校正方法包括如下步骤：
（1）使用多阈值电压采样法，对闪烁脉冲信号进行时间轴向采样，获取闪烁脉冲波形的数字化采样点；
（2）选取各个闪烁脉冲相应的数字化采样点，根据闪烁脉冲的形状特性，重建脉冲波形并辨识模型参数，据此获得各个闪烁脉冲的基线漂移量，然后对所得的基线漂移量进行分析，获得基线漂移均值；
（3）将重建后的闪烁脉冲波形减去步骤（2）获得的基线漂移均值，完成基线校正。
其中，所述步骤（1）中多阈值电压采样方法具体为：预先设置若干阈值参考电压，记录闪烁脉冲电压幅度达到各个阈值电压的具体时刻，每个电压阈值和对应的触发时间即组成一个时间-阈值采样点。
其中，所述步骤（2）中闪烁脉冲的形状特性根据所耦合的闪烁晶体和光电转换器件的类别进行建模获得，即根据所耦合的闪烁晶体和光电转换器件类别，获取相应的闪烁脉冲形状特性模型。
其中，所述步骤（2）中辨识模型参数是指根据闪烁脉冲的形状特性，对所选取闪烁脉冲波形的时间-阈值采样点进行函数逼近得到特征数学模型，并从中提取刻画闪烁脉冲特性的参数值。
其中，所述步骤（2）中闪烁脉冲基线偏移量是从提取的刻画闪烁脉冲特性的参数值中找到描述基线水平的量得到。
其中，所述步骤（2）中对所得到的各个闪烁脉冲的基线偏移量进行分析的方法为均值计算或统计分析。
其中，为了减少噪声、脉冲形状拟合误差以及事件堆积等影响因素对基线漂移量计算过程的干扰，在进行基线校正之前有必要对多个基线值进行分析，常见的方法包括：均值计算、统计分析等。如图3所示，图3为本发明数字化闪烁脉冲基线校正方法中采用统计分析方法对基线偏移值进行分析的结果图。
图4为本发明数字化闪烁脉冲基线校正方法对闪烁脉冲基线正向漂移进行校正的效果图。其中，实线11为用示波器对LYSO/PMT探测器输出的闪烁脉冲进行采样重建得到的波形；虚线12为在未采用本发明提出的基线校正方法下，根据闪烁脉冲模型拟合得到的波形，可以看出拟合后的波形有明显的基线偏移情况；虚线13为采用本发明提出的基线校正方法下，根据闪烁脉冲模型拟合得到的波形，可以看出此时基线已无漂移情况。
由于闪烁晶体和光电转换器件的特性不同，其多种类别形式的耦合会有不同的脉冲形状表征形式。下面就具体的方法进行脉冲形状表征形式的阐释。
方法例一：
S101：根据所耦合的闪烁晶体和光电转换器件类别，获取相应的闪烁脉冲形状特性模型；
对于LYSO闪烁晶体与线性光电倍增管PMT进行耦合的情况下，在不考虑噪声影响下，闪烁脉冲形状的数学模型可考虑成由直线上升的上升沿和指数衰减的下降沿组成，其表达式如下所示：
V ( t ) = BaseL t < t s , LineK r &times; t + LineB r t s &le; t < t p , exp ( - ExpK f &times; t + ExpB f ) + BaseL t &GreaterEqual; t p .
其中，参数LineKr为上升沿直线的斜率且LineKr>0，参数LineBr是上升沿直线的截距，可以为任意数值；参数ExpKf为衰减时间常数且ExpKf>0，参数ExpBf可以为任意数值；参数BaseL为闪烁脉冲的基线参量，可以为任意数值；ts为闪烁脉冲的起始时间；tp为闪烁脉冲的峰值时间。因此，一个理想的闪烁脉冲可以由五个模型特征值LineKr、LineBr、ExpKf、ExpBf和BaseL来描述，闪烁脉冲信号的开始时间、峰值时间、峰值幅值、余辉常数以及基线值等信息均可以由这五个模型特征值计算获得，公式如下：
（a）闪烁脉冲起始时间ts
可以由如下公式求得：
t s = BaseL - LineB r LineK r ;
（b）闪烁脉冲峰值时间tp
可以由如下公式求得：
LineKr×tp+LineBr=exp(-ExpKf×tp+ExpBf)+BaseL；
（c）闪烁脉冲峰值幅值Vp
可以由如下公式求得：
Vp=LineKr×tp+LineBr；
（d）余辉常熟τ
可以由如下公式求得：
τ＝1/ExpKf；
（e）基线值Bval
Bval=BaseL。
S102：选取各个单次闪烁脉冲相应的数字化采样点，根据步骤S101中闪烁脉冲的形状模型，依次重建脉冲波形并辨识模型参数，据此估计各个单次闪烁脉冲的基线漂移量；
（a）对闪烁脉冲的直线上升沿产生的时间-阈值采样点，按照如下公式进行拟合：
V(t)=LineKr×t+LineBr
其中，参数LineKr为上升沿直线的斜率且LineKr>0，参数LineBr是上升沿直线的截距，可以为任意数值；t为阈值参考电压为V(t)时采用MVT采样方法得到的时间值。本方法亦可根据其他闪烁脉冲模型，对闪烁脉冲上升沿进行重建。
（b）对闪烁脉冲的指数衰减的下降沿产生的时间-阈值采样点，按照如下公式进行拟合：
V(t)=exp(-ExpKf×t+ExpBf)+BaseL
其中，参数ExpKf为衰减时间常数且ExpKf>0，参数ExpBf可以为任意数值；参数BaseL为闪烁脉冲的基线参量，可以为任意数值；t为阈值参考电压为V(t)时采用MVT采样方法得到的时间值。本方法亦可根据其他闪烁脉冲模型，对闪烁脉冲下降沿进行重建。
（c）从重建的脉冲波形数学表达式中提取五个模型特征量，据此获取闪烁脉冲信号的开始时间、峰值时间、峰值幅值、余辉常数以及基线值等信息；
具体请参照图5所示，图5为数字化闪烁脉冲基线校正方法中采用4阈值MVT采样方法对由LYSO/PMT探测器输出闪烁脉冲进行采样及脉冲形状拟合的示意图。其中，实线21表示由示波器对LYSO/PMT探测器输出闪烁脉冲进行采样后重建得到的波形；圆点22为用MVT方法在设置的参考阈值电压下对闪烁脉冲进行采样得到的采样点；虚线23为根据本发明给出的直线上升沿和指数下降沿闪烁脉冲模型进行拟合得到的波形。从图中可以看出，根据闪烁脉冲模型拟合得到的波形能够较好地逼近由示波器采样重建得到的波形，同时也印证了不同的闪烁晶体和光电转换器件类别的耦合需要获取相应的闪烁脉冲模型。
S103：对所得的基线漂移量数据集进行分析，以获取基线漂移均值。
方法例二：
S201：根据所耦合的闪烁晶体和光电转换器件类别，获取相应的闪烁脉冲形状特性模型；
对于LYSO闪烁晶体与非线性硅光电倍增器SiPM进行耦合的情况下，闪烁脉冲形状的数学模型可近似由快速的指数上升沿和衰减的指数下降沿组成，其表达式如下所示：
V ( t ) = BaseL t < t s , A r &times; exp ( - ExpK r &times; t ) + B r t s &le; t < t p , A f &times; exp ( - ExpK f &times; t ) + BaseL t &GreaterEqual; t p .
其中，参数Ar为指数上升沿的幅值系数，ExpKr为指数上升沿的时间常数且ExpKr>0，参数Br可以为任意数值；参数Af为指数下降沿的幅值系数，参数ExpKf为指数下降沿的时间常数且ExpKf>0，参数BaseL为闪烁脉冲的基线参量，可以为任意数值；ts为闪烁脉冲的起始时间；tp为闪烁脉冲的峰值时间。因此，一个理想的闪烁脉冲可以由六个模型特征值Ar、ExpKr、Br、Af、ExpKf和BaseL来描述，闪烁脉冲信号的开始时间、峰值时间、峰值幅值及基线值等信息均可以由这六个模型特征值计算获得，公式如下：
（a）闪烁脉冲起始时间ts
可以由如下公式求得：
t s = - ln ( BaseL - B r / A r ) ExpK r ;
（b）闪烁脉冲峰值时间tp
可以由如下公式求得：
Ar×exp(-ExpKr×tp)+Br=Af×exp(-ExpKf×tp)+BaseL；
（c）闪烁脉冲峰值幅值Vp
可以由如下公式求得：
Vp=Ar×exp(-ExpKr×tp)+Br；
（d）基线值Bval
Bval＝BaseL。
S202：选取各个单次闪烁脉冲相应的数字化采样点，根据步骤201中闪烁脉冲的形状模型，依次重建脉冲波形并辨识模型参数，据此估计各个单次闪烁脉冲的基线漂移量；
（a）对闪烁脉冲的指数上升沿产生的时间-阈值采样点，按照如下公式进行拟合：
V(t)=Ar×exp(-ExpKr×t)+Br
其中，参数Ar为指数上升沿的幅值系数，ExpKr为指数上升沿的时间常数且ExpKr>0，参数Br可以为任意数值；t为阈值参考电压为V(t)时采用MVT采样方法得到的时间值。本方法亦可根据其他闪烁脉冲模型，对闪烁脉冲上升沿进行重建。
（b）对闪烁脉冲的指数衰减的下降沿产生的时间-阈值采样点，按照如下公式进行拟合：
V(t)=Af×exp(-ExpKf×t)+BaseL
其中，参数Af为指数下降沿的幅值系数，参数ExpKf为指数下降沿的时间常数且ExpKf>0；参数BaseL为闪烁脉冲的基线参量，可以为任意数值；t为阈值参考电压为V(t)时采用MVT采样方法得到的时间值。本方法亦可根据其他闪烁脉冲模型，对闪烁脉冲下降沿进行重建。
（c）从重建的脉冲波形数学表达式中提取六个模型特征量，据此获取闪烁脉冲信号的开始时间、峰值时间、峰值幅值以及基线值等信息；
具体请参照图6所示，图6为本发明采用4阈值的MVT采样方法对LYSO/SiPM探测器输出的闪烁脉冲进行数字化采样及脉冲形状拟合的示意图。其中，实线31为用示波器对LYSO/SiPM探测器输出的闪烁脉冲进行采样后重建的波形；圆点32为用MVT方法在设置的参考阈值电压下对LYSO/SiPM探测器输出的闪烁脉冲进行采样得到的采样点；虚线33为根据本发明给出的指数上升沿和指数下降沿闪烁脉冲模型对采样点进行拟合得到的波形。从图中可以看出，根据闪烁脉冲模型拟合得到的波形能够较好地逼近由示波器采样重建得到的波形，同时也印证了不同的闪烁晶体和光电转换器件类别的耦合需要获取相应的闪烁脉冲模型。
S203：对所得的基线漂移量数据集进行分析，以获取基线漂移均值。
如图7所示，本发明公开的数字化闪烁脉冲的基线校正***，其包括：
数字化采样模块100，用于使用多阈值电压采样方法对闪烁脉冲进行时间轴向采样，获取闪烁脉冲的数字化采样点；
基线偏移计算模块200，用于重建闪烁脉冲波形，辨识模型参数，获得闪烁脉冲的基线漂移量，并利用统计分布计算闪烁脉冲的基线漂移均值；
基线校正模块300，用于对闪烁脉冲进行基线校正，还原闪烁脉冲的原始数据信息。
上述数字化闪烁脉冲的基线校正***中，数字化采样模块100分为3个子模块，分别为阈值电压设置模块110、阈值甄别器模块120和时间标记模块130。
其中，阈值电压设定模块110用于设定阈值参考电压，并将阈值参考电压送到阈值甄别器模块120和时间标记模块130。
其中，阈值甄别器模块120用于比较闪烁脉冲阈值电压与阈值参考电压之间的大小关系，并在闪烁脉冲电压穿过阈值参考电压时产生逻辑脉冲，并将产生的逻辑脉冲送到时间标记模块130进行时间打标。
其中，时间标记模块130用于对阈值甄别器模块120输出的逻辑脉冲进行时间标记，并将所得的时间戳与其相应的阈值参考电压组成时间-阈值采样点并传送到基线偏移计算模块200。
上述数字化闪烁脉冲的基线校正***中，基线偏移计算模块200包括事件堆积剔除模块210、脉冲重建模块220和基线偏移量计算模块230。
其中，事件堆积剔除模块210用于鉴别及剔除闪烁脉冲中的堆积事件。
其中，脉冲重建模块220用于重建所述闪烁脉冲波形，辨识模型参数，并将重建参数值传送到基线偏移量计算模块230。
其中，基线偏移量计算模块230根据脉冲重建模块220获取的重建参数计算闪烁脉冲的基线偏移量，然后对一段时间范围内的基线偏移量进行统计直方图分析，获得闪烁脉冲的平均基线偏移量并传送到基线校正模块300。
以下通过一个具体的实施例数据对本发明的数字化闪烁脉冲的基线校正方法及***做进一步验证，其中，涉及到若干参数，这些参数需要针对具体处理数据进行调节以达到良好的性能，下面列出本应用实例处理数据的参数。
步骤（1）中多阈值参考电压采样法中设置6个阈值参考电压，具体电压幅值分别为1.5mV，21.5mV，41.5mV，61.5mV，81.5，101.5；导入的数字脉冲为使用单根LYSO（硅酸钇镥闪烁晶体）晶体条和Hammatsu R9800PMT（光电倍增管）耦合采集到的闪烁脉冲。采样率为20GSps，脉冲样本个数为3000个，每个脉冲波形样本点为4000个。能谱范围在511keV，平均脉冲上升沿时间约为1ns，探测器衰减时间常数约为47ns。
步骤（2）中方法示例一中的闪烁脉冲是由LYSO晶体条与HamamatsuR9800PMT耦合产生的，闪烁脉冲模型采用直线上升沿和指数衰减下降沿组成；
步骤（2）中方法示例二中的闪烁脉冲是由LYSO晶体条与SensL Array4SiPM耦合产生的，闪烁脉冲模型采用指数上升沿和指数衰减下降沿组成；
步骤（2）中对由LYSO/PMT探测器输出的3000个闪烁脉冲的基线漂移量进行统计分析，基线偏移量是-10mv；
具体请参照图8所示，图8为采用本发明方法下对能量分辨率的校正情况，（a）为MVT采样方法下未进行基线校正时得到的能量分辨率22.3%，（b）为MVT采样方法下已进行基线校正得到的能量分辨率18.1%。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种数字化闪烁脉冲的基线校正方法，其特征在于：所述基线校正方法步骤如下：
（1）使用多阈值电压采样法，对闪烁脉冲信号进行时间轴向采样，获取闪烁脉冲波形的数字化采样点；
（2）选取各个闪烁脉冲相应的数字化采样点，根据闪烁脉冲的形状特性，重建脉冲波形并辨识模型参数，据此获得各个闪烁脉冲的基线漂移量，然后对所得的基线漂移量进行分析，获得基线漂移均值；
（3）将重建后的闪烁脉冲波形减去步骤（2）获得的基线漂移均值，完成基线校正。
2.根据权利要求1所述的数字化闪烁脉冲的基线校正方法，其特征在于：所述步骤（1）中多阈值电压采样方法具体为：预先设置若干阈值参考电压，记录闪烁脉冲电压幅度达到各个阈值电压的具体时刻，每个电压阈值和对应的触发时间即组成一个时间-阈值采样点。
3.根据权利要求1所述的数字化闪烁脉冲的基线校正方法，其特征在于：所述步骤（2）中闪烁脉冲的形状特性根据所耦合的闪烁晶体和光电转换器件的类别进行建模获得。
4.根据权利要求1至3任一所述的数字化闪烁脉冲的基线校正方法，其特征在于：所述步骤（2）中辨识模型参数是指根据闪烁脉冲的形状特性，对所选取闪烁脉冲波形的时间-阈值采样点进行函数逼近得到特征数学模型，并从中提取刻画闪烁脉冲特性的参数值。
5.根据权利要求4任一所述的数字化闪烁脉冲的基线校正方法，其特征在于：所述步骤（2）中闪烁脉冲基线偏移量是从提取的刻画闪烁脉冲特性的参数值中找到描述基线水平的量得到。
6.根据权利要求1至3任一所述的数字化闪烁脉冲的基线校正方法，其特征在于：所述步骤（2）中对所得到的各个闪烁脉冲的基线偏移量进行分析的方法为均值计算或统计分析。
7.一种数字化闪烁脉冲的基线校正***，其特征在于：包括：
数字化采样模块，用于使用多阈值电压采样方法对闪烁脉冲进行时间轴向采样，获取闪烁脉冲的数字化采样点；
基线偏移计算模块，用于重建闪烁脉冲波形，辨识模型参数，获得闪烁脉冲的基线漂移量，并利用统计分布计算闪烁脉冲的基线漂移均值；
基线校正模块，用于对闪烁脉冲进行基线校正，还原闪烁脉冲的原始数据信息。
8.根据权利要求7所述的数字化闪烁脉冲的基线校正***，其特征在于：所述数字化采样模块包括阈值电压设置模块、阈值甄别器模块和时间标记模块，其中，
阈值电压设定模块用于设定阈值参考电压，并将阈值参考电压送到阈值甄别器模块和时间标记模块；
阈值甄别器模块用于比较闪烁脉冲阈值电压与阈值参考电压之间的大小关系，并在闪烁脉冲电压穿过阈值参考电压时产生逻辑脉冲，并将产生的逻辑脉冲送到时间标记模块进行时间打标；
时间标记模块用于对阈值甄别器模块输出的逻辑脉冲进行时间标记，并将所得的时间戳与其相应的阈值参考电压组成时间-阈值采样点并传送到基线偏移计算模块。
9.根据权利要求7或8所述的数字化闪烁脉冲的基线校正***，其特征在于：所述基线偏移计算模块包括事件堆积剔除模块、脉冲重建模块和基线偏移量计算模块，其中，
事件堆积剔除模块用于鉴别及剔除闪烁脉冲中的堆积事件；
脉冲重建模块用于重建所述闪烁脉冲波形，辨识模型参数，并将重建参数值传送到基线偏移量计算模块；
基线偏移量计算模块根据脉冲重建模块获取的重建参数计算闪烁脉冲的基线偏移量，然后对一段时间范围内的基线偏移量进行统计直方图分析，获得闪烁脉冲的平均基线偏移量并传送到基线校正模块。
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