[发明专利]一种能谱CT系统输出数据的模拟方法

权利要求书

1.一种能谱CT系统输出数据的模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在仿真平台上搭建探测器阵列；

2)设定X射线光源与体模；

3)设定光电转换物理模型，所述的光电转换物理模型包括：光电效应、康普顿效应、电子对效应和韧致辐射；并根据光电转换物理模型获得碰撞后电子-空穴对总数；具体包括：

(1)利用平均自由程公式对入射光子的位置进行计算，获得光子的初始状态信息，并得到入射光子总数N₀，其平均自由程λ(E)公式为：

λ(E)＝(∑_i[n_e·σ(Z_i,E)])^-1 (1)

其中，σ(Z_i,E)表示在光子散射过程中每个光子的散射截面，∑_i[n_e·σ(Z_i,E)]表示宏观散射截面，Z_i表示第i个光子的原子序数，E表示光子能量；n_e表示不同能量下的光子数；

因此入射光子的位置表示为：

其中，x表示光子的入射距离；

(2)利用能量依赖概率确定能量交互事件的类别：光电效应和康普顿散射，所述能量依赖概率公式为：

其中，p_m(E)表示能量依赖概率，σ_total(E)表示总散射截面，σ_m(E)表示光电效应或康普顿散射的散射截面；PE表示光电效应；C表示康普顿效应；

(3)在光电转换过程中，若发生光电效应，光子直接激发电子；若发生康普顿散射，通过康普顿散射截面对光子的散射过程进行模拟，并根据光子能量对光子在发生康普顿散射时的散射角和立体角进行计算，得到散射后的光子位置：

其中，θ表示偏转角，r₀表示经典电子半径，为康普顿散射截面，Ω为立体角；k为入射光子能量；

(4)通过探测器材料的功函数W对探测器内部的生成电子数进行统计，获得生成电子总数N：

其中，E_i表示第i个光子的能量，n_e表示不同能量下的光子数；

(5)利用粒子碰撞概率函数P₀(E)对碰撞后的粒子类型总数进行统计：

其中，r(E_i)为第i个光子碰撞电离的发生概率，r′(E_i)为第i个光子发射声子的概率；

在粒子碰撞后以均匀概率生成随机数R，随机数R的范围为0R1，当R≤P₀(E_i)时，则所述粒子记为发射声子，粒子能量为E_i-E_p，E_p为声子能量，若RP₀(E_i)时，则所述粒子记为发生碰撞电离，所述粒子能量为E_i-E_t，E_t为生成其他粒子所需能量，忽略电子-空穴的继续碰撞，并对电子-空穴对这两种粒子总能量进行计数统计，所得数值与步骤4)中生成电子总数N相同；

(6)计算碰撞后的电子-空穴对总能量E_s：

E_s＝n₂(E_i-E_p)+n₁(E_i-E_t) (7)

其中，n₁为发射其他粒子的电子-空穴对总数；n₂为发射声子的电子-空穴对总数；

(7)计算碰撞过程总损失能量E_l，由于在碰撞过程中，新产生的粒子会继续跟探测器材料相互作用产生电子-空穴对，设定碰撞过程中不存在能量损失，则在碰撞后电子-空穴对总数N_s为：

4)通过体模成像对碰撞后电子-空穴对总数进行验证。