[發(fā)明專利]康普頓散射成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810159506.5
• 申請日: 2018-02-26
• 公開（公告）號: CN108535293B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設計）人: 張嵐;顧鐵;劉柱;王偉
• 申請（專利權(quán)）人: 張嵐
• 主分類號: G01N23/20066
• 分類號: G01N23/20066
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發(fā)明提供一種康普頓散射成像方法，包括：采用均勻坐標系對4π空間進行采樣分割，其中，所述均勻坐標系中每個像素對探測器具有相同的立體角；基于所述均勻坐標系進行康普頓散射投影，得到射線源的定向角度；基于所述均勻坐標系中的康普頓散射投影計算得到射線源的二維空間分布；采用插值法將所述均勻坐標系轉(zhuǎn)換到笛卡爾坐標系，將所述射線源在笛卡爾坐標系中顯示。本發(fā)明將在對4π空間均勻分割的坐標系中采樣到的射線源分布信息顯示在三維立體坐標圖或二維平面圖中，由此可提升圖像重建的計算速度，降低射線源定向計算的復雜程度，進而大大提升系統(tǒng)性能。

技術領域

本發(fā)明涉及核輻射探測及核技術應用領域，特別是涉及一種康普頓散射成像方法。

背景技術

放射性核素搜尋和探測識別技術，被廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、核電站運營全流程監(jiān)管、其它核設施的監(jiān)測、核事故應急測試、核反恐中放射性核素走私或臟彈襲擊的安保安防等領域。

在核輻射探測領域，經(jīng)常需要進行射線源的識別、劑量測定及方位確定。傳統(tǒng)使用的設備是伽馬相機或康普頓相機，以探測器(伽馬相機或康普頓相機)為中心，整個球面沿著任意徑向入射到探測器的光子都能被精確定向，從而給出整個空間環(huán)境中放射性核素的徑向分布圖。

康普頓相機基于康普頓散射成像原理，通過探測器內(nèi)部的光子散射原理對射線源的定向角度進行檢測，如圖1所示為兩點反應事例的原理圖，射線源的入射方向可以被投影到一個圓錐面投影上，圓錐面投影3的中心軸4通過兩個反應位置(即圖1中的射線在探測器內(nèi)部第一反應位置1及射線在探測器內(nèi)部第二反應位置2，需要說明的是，上述兩點反應事例與所述射線在探測器內(nèi)部第一反應位置1及所述射線在探測器內(nèi)部第二反應位置2一一對應)確定，可以用如下公式計算出所述圓錐面投影3的圓錐角：

其中，E₀為所述射線源發(fā)出的射線的初始能量，E₁為所述射線在探測器內(nèi)部第一反應位置1沉積的能量，m_eC²為電子質(zhì)量。

如圖2所示，對于康普頓散射成像技術，傳統(tǒng)方式是在笛卡爾坐標系中把4π空間分成很多小的單元，各單元由間距相同的位線及夾角相同的經(jīng)線分割而成。為了得到更好的角度分辨率，4π空間需要被分成超過1000個小單元，由圖2中可以看到，不同位置上的小單元是不均勻分布的，同樣的面積，在赤道附近會有數(shù)目較少的單元，而在南北兩極有數(shù)目眾多的小單元。

這種坐標體系具有兩個缺點：其一，代表射線源分布的每個單元在球面上分布的立體角是非均勻的，為了計算不同方向的幾率，需要計算不同方向的立體角，使得康普頓散射的投影變得復雜；其二，整個矩陣的尺寸需要足夠大，才能得到滿意的角度分辨率。

以上兩個缺點增加了計算負擔，降低了射線源定位重建的計算速度，因此，如何簡化計算難度、加快射線源定位重建的計算速度已成為本領域技術人員亟待解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種康普頓散射成像方法，用于解決現(xiàn)有技術中非均勻坐標系中各像素所對應立體角的非均勻性所帶來的計算時間和精度的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種康普頓散射成像方法，所述康普頓散射成像方法至少包括：

采用均勻坐標系對4π空間進行采樣分割，其中，所述均勻坐標系中每個像素對探測器具有相同的立體角；

基于所述均勻坐標系進行康普頓散射投影，得到射線源的定向角度；

基于所述均勻坐標系中的康普頓散射投影計算得到射線源的二維空間分布；

采用插值法將所述均勻坐標系轉(zhuǎn)換到笛卡爾坐標系，將所述射線源在笛卡爾坐標系中顯示。

優(yōu)選地，坐標系的轉(zhuǎn)換進一步包括：