[發明專利]一種閃爍體陣列探測器及康普頓散射成像中三維位置分辨的方法

在審

• 申請號: 201910004016.2
• 申請日: 2019-01-03
• 公開（公告）號: CN109782326A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 張濟鵬;帥磊;唐浩輝;豐寶桐;李道武;章志明;魏龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: G01T1/16
• 分類號: G01T1/16;G01T1/164;G01T1/20;G01T1/29
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 司立彬

本發明公開了一種閃爍體陣列探測器及康普頓散射成像中三維位置分辨的方法，其步驟包括：1)將伽瑪光子入射到閃爍體陣列探測器；2)根據發生響應的光探測器像素在其所在光探測器陣列中的編號確定伽瑪光子在閃爍體陣列中作用位置的二維坐標信息(X，Y)；3)根據發生響應的光探測器輸出信號(X₁、X₂)的幅度比f＝X₁/(X₁+X₂)和查找表來確定伽瑪光子在閃爍體陣列中作用位置的第三維坐標信息Z，得到伽瑪光子作用位置的三維坐標(X，Y，Z)；其中，X₁、X₂為伽瑪光子作用在閃爍體條探測單元i時對應的頂面、底面光探測器輸出信號。本發明提高了康普頓相機的探測效率和對核輻射熱點的成像精度。

技術領域

本發明屬于核輻射探測及核技術應用領域，特別是涉及一種閃爍體陣列探測器及康普頓散射成像中三維位置分辨的方法。

背景技術

在核輻射探測領域，核監控、核安保和核應急等應用場合需要得到環境中核輻射熱點的分布情況。目前，測量核輻射熱點主要有兩種技術手段：一是通過劑量儀、伽瑪譜儀等給出測量點的核輻射信息(包括能譜、劑量等)，這種方法通常需要近距離掃描才能確定核輻射熱點的位置；二是通過伽瑪相機(包括小孔相機、編碼孔相機、康普頓相機等)給出核輻射熱點分布情況的二維圖像，這種方法具有測量距離遠、效果直觀的優勢，同時可大幅降低操作人員所受照射劑量。

康普頓相機是基于入射伽瑪光子在探測器中發生康普頓散射的原理，對伽瑪射線來源的方向進行定位重建的核輻射探測設備，具有視野范圍寬、能量范圍廣、體積緊湊等優勢，在天文學、核醫學和核安全中取得了廣泛的應用。根據康普頓散射的成像原理，康普頓相機通常包含兩層探測器，入射伽瑪光子在第一層探測器中發生散射，散射光子被第二層探測器完全吸收，根據兩次作用的位置和沉積能量信息，能夠在成像空間中重建出一個假想的圓錐，入射伽瑪光子的方向即在該圓錐面上。由多個伽瑪光子的散射形成的多個圓錐會在成像空間中交疊，交疊位置即為核輻射熱點的位置。

這種兩層探測器結構的康普頓散射成像方法，存在探測效率低的問題，這是由于兩層探測器位置固定，只能獲取兩個探測器平面上的二維信息，缺少伽瑪射線作用在兩層探測器以外的第三維信息，即深度信息(Depth Of Interaction，DOI)，因此在深度方向上的很多散射事例沒有被探測。通過三維位置靈敏探測的方法，能夠獲取伽瑪射線作用位置的三維坐標信息，使得康普頓相機記錄到的散射事例相比兩層探測器時顯著增多，探測效率提高約一個量級，極大擴展了其在弱輻射場條件下的應用前景。

在現有的康普頓散射成像中所使用的三維位置靈敏探測方法里，主要有以下兩種技術方案：

1)對閃爍體陣列利用準直的放射源進行前期DOI定標。采用在閃爍體陣列的上下兩面各耦合一塊光探測器陣列進行兩端讀出的方法，對閃爍體條的DOI信息利用準直的放射源進行定標。伽瑪光子作用位置的二維坐標信息由光探測器陣列給出；對第三維深度信息，通過記錄準直的放射源放置在不同深度時，兩端光探測器輸出的信號幅度比f＝X₁/(X₁+X₂)，擬合出信號幅度比f關于深度z的函數，即f＝F(z)，即可通過探測得的信號幅度比f，獲得作用深度信息，繼而獲得伽瑪光子在閃爍體陣列中作用位置的第三維坐標。該方案雖然沒有對閃爍體陣列在深度方向上進行處理，但需要使用準直的放射源進行前期定標，步驟較為繁瑣，且根據擬合結果獲得的深度方向分辨能力有限，實際應用較為受限。