[發(fā)明專利]一種利用康普頓散射事例統(tǒng)計(jì)進(jìn)行放射性核素識(shí)別的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010513518.0
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN111880211B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張濟(jì)鵬;李春苗;孔令欽;帥磊;章志明;魏龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院高能物理研究所
• 主分類號(hào): G01T1/167
• 分類號(hào): G01T1/167;G01T1/36;G06F17/10
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11200
• 代理人: 司立彬

本發(fā)明公開了一種利用康普頓散射事例統(tǒng)計(jì)進(jìn)行放射性核素識(shí)別的方法。本方法步驟包括：1)利用目標(biāo)設(shè)備所確定的康普頓散射事例統(tǒng)計(jì)數(shù)組的特征，測量生成該目標(biāo)設(shè)備的待識(shí)別核素庫；所述目標(biāo)設(shè)備為能夠獲取康普頓散射事例的設(shè)備；2)利用該目標(biāo)設(shè)備對(duì)包含在該待識(shí)別核素庫中的未知核素進(jìn)行測試，得到待測康普頓散射事例統(tǒng)計(jì)數(shù)組；3)計(jì)算待測康普頓散射事例統(tǒng)計(jì)數(shù)組中每一元素i計(jì)數(shù)率相對(duì)于本底情況的倍數(shù)的概率密度v_i；4)依據(jù)極大似然期望最大化法得到待測核素的種類及量化組分率。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)康普頓相機(jī)對(duì)未知放射性核素的量化識(shí)別。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于核輻射探測及核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是涉及一種利用康普頓散射事例統(tǒng)計(jì)進(jìn)行放射性核素識(shí)別的方法。

背景技術(shù)

在核科學(xué)技術(shù)大力發(fā)展的今天，對(duì)放射性核素的定性識(shí)別與定量測定是核輻射探測的核心任務(wù)之一。具有識(shí)別放射性核素功能的伽瑪譜儀、伽瑪相機(jī)等設(shè)備，在軍控核查、核設(shè)施監(jiān)控、核安檢與核應(yīng)急等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。放射性核素識(shí)別的方法一直以來是伽瑪能譜和伽瑪成像領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其主要原理是利用不同放射性核素的γ能譜具有不同的特征峰，通過對(duì)采集的γ能譜進(jìn)行處理，識(shí)別出對(duì)應(yīng)的放射性核素。目前公知的核素識(shí)別方法主要包括：1)特征峰匹配法；2)多元線性回歸法；3)多變量主成分分析法；4)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等。這些方法都沒有脫離γ能譜這一先決條件，需要高能量分辨的探測器獲取完整的能譜數(shù)據(jù)來進(jìn)行放射性核素識(shí)別。

伽瑪成像技術(shù)相比于劑量儀、伽瑪譜儀等非成像式探測技術(shù)，能夠在遠(yuǎn)距離給出核輻射熱點(diǎn)分布情況的二維圖像，可大幅降低操作人員所受照射劑量。康普頓成像是目前伽瑪成像技術(shù)中新興發(fā)展并展現(xiàn)出廣泛應(yīng)用的一種技術(shù)，基于入射γ光子的康普頓散射原理，通過測量散射點(diǎn)、吸收點(diǎn)的位置以及所沉積的能量，回溯重建出γ光子來源的方向，具有視野范圍寬、能量范圍廣、體積緊湊等優(yōu)勢。應(yīng)用康普頓成像技術(shù)的設(shè)備通常稱為康普頓相機(jī)。康普頓相機(jī)在對(duì)輻射熱點(diǎn)進(jìn)行重建定位時(shí)需要已知入射射線的能量，即依賴于識(shí)別輻射環(huán)境中的放射性核素。目前康普頓相機(jī)中采用的核素識(shí)別方法仍是基于獲取的γ能譜，分別進(jìn)行核素成像與核素識(shí)別兩個(gè)環(huán)節(jié)，沒有有效的利用收集康普頓散射事例的過程，存在核素成像和核素識(shí)別不同步、需要增加高能量分辨的探測器等問題。本發(fā)明方法正是基于康普頓相機(jī)對(duì)放射性核素識(shí)別的特殊需求而提出的。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決康普頓相機(jī)核素成像與核素識(shí)別不同步的問題，本發(fā)明的目的在于，提出一種利用康普頓散射事例統(tǒng)計(jì)進(jìn)行放射性核素識(shí)別的方法，實(shí)現(xiàn)康普頓相機(jī)對(duì)未知放射性核素的量化識(shí)別。

區(qū)別于伽瑪譜儀以及其他類型的伽瑪相機(jī)，康普頓相機(jī)的主要特征在于其利用康普頓散射事例進(jìn)行成像，且需要已知入射γ射線的能量，即內(nèi)置包含待識(shí)別放射性核素特征能量的核素庫。考慮到其成像過程依賴于獲取核素庫中滿足各核素條件的康普頓散射事例，因此本發(fā)明利用對(duì)各核素康普頓散射事例的統(tǒng)計(jì)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)未知放射性核素的識(shí)別，并通過極大似然期望最大化算法(MLEM)，計(jì)算得到識(shí)別出的核素量化組分率。MLEM算法是一種在核成像領(lǐng)域公知的迭代算法，具有成熟度較高的應(yīng)用。本發(fā)明選用MLEM算法作為計(jì)算核素量化組分率的方法，是因?yàn)楸景l(fā)明方法中獲取的康普頓散射事例統(tǒng)計(jì)信息與待識(shí)別核素一一對(duì)應(yīng)，這與MLEM算法中系統(tǒng)響應(yīng)矩陣(t_ij)的設(shè)定相符。本發(fā)明方法有效解決了康普頓相機(jī)核素成像與核素識(shí)別不同步的問題，利用成像過程中收集的康普頓散射事例的統(tǒng)計(jì)信息，經(jīng)MLEM算法計(jì)算核素量化組分率，實(shí)現(xiàn)對(duì)未知放射性核素的識(shí)別。

本發(fā)明方法首先利用康普頓相機(jī)所確定的康普頓散射事例統(tǒng)計(jì)數(shù)組特征，測量生成該康普頓相機(jī)的待識(shí)別核素庫；應(yīng)用時(shí)，通過測量包含在待識(shí)別核素庫中的未知核素康普頓散射事例統(tǒng)計(jì)數(shù)組，依據(jù)極大似然期望最大化法得到待測核素的種類及量化組分率。該方法的基本流程圖如圖1所示，具體步驟包括：

1.依據(jù)康普頓相機(jī)的能量分辨率、散射能譜范圍、以及成像架構(gòu)等因素，確定康普頓散射事例統(tǒng)計(jì)數(shù)組的特征，所述康普頓散射事例統(tǒng)計(jì)數(shù)組中每個(gè)數(shù)組元素表示一種待識(shí)別核素的康普頓散射事例計(jì)數(shù)率，所述特征包括可識(shí)別放射性核素的種類、各核素的判斷條件；