[發(fā)明專利]一種基于空間分布擬合的γ光子多次散射校正方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110957666.6
• 申請(qǐng)日: 2021-08-19
• 公開（公告）號(hào): CN113670961A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范兼睿;劉小姣;徐風(fēng)友;汪玥;張昕婷;沈高青;李志林;曹盼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N23/20066
• 分類號(hào): G01N23/20066;G06F17/15
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于空間分布擬合的γ光子多次散射校正方法，該方法通過把γ光子多次散射看作γ光子多個(gè)單次散射的疊加，將γ光子采樣數(shù)據(jù)按LoR在Root中的保存方式進(jìn)行投影，分別對(duì)離散的γ光子單次散射分布和多次散射分布進(jìn)行函數(shù)擬合，確定核函數(shù)的表達(dá)形式，計(jì)算探測系統(tǒng)中每個(gè)探測器對(duì)記錄的γ光子多次散射數(shù)目，最后，將多次散射的γ光子從原始γ光子數(shù)據(jù)中剔除。本方法有效解決了由于散射的γ光子造成重建圖像出現(xiàn)的星狀輻射偽影、邊緣模糊等圖像失真情況，從而達(dá)到了γ光子多次散射校正的目的，并且提高了γ光子多次散射識(shí)別準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及γ光子三維成像領(lǐng)域，尤其涉及一種基于空間分布擬合的γ光子多次散射校正方法。

背景技術(shù)

γ光子三維成像技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)復(fù)雜件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)及內(nèi)壁缺陷檢測時(shí)，由于工業(yè)復(fù)雜件組成材質(zhì)為密度大的金屬、合金，當(dāng)γ光子穿透檢測對(duì)象被探測系統(tǒng)記錄過程中，受康普頓散射效應(yīng)、瑞利散射效應(yīng)等影響，γ光子會(huì)發(fā)生散射事件。有的γ光子在穿透復(fù)雜件被探測器記錄的過程中，發(fā)生多次散射事件，稱為γ光子多次散射事件。γ光子散射事件使γ光子的運(yùn)動(dòng)軌跡及所攜帶能量發(fā)生改變，從而使γ光子探測系統(tǒng)記錄的LoR包含正電子湮沒位置的錯(cuò)誤信息，且散射的γ光子數(shù)目約占所有γ光子的30％～50％，而散射的γ光子會(huì)導(dǎo)致重建圖像出現(xiàn)邊緣模糊、星狀偽影等圖像失真問題，從而降低了檢測分辨率。因此要想得到分辨率高的γ光子三維成像檢測技術(shù)，必然要進(jìn)行γ光子散射校正。

目前γ光子散射校正方法主要分為四類：能窗識(shí)別法、散射補(bǔ)償?shù)ā⒕矸e處理法、Monte Carlo模擬法等。其中，能窗識(shí)別法的能量窗分割和標(biāo)定系數(shù)需要人為選取和仿真確定，導(dǎo)致甄別效率降低；散射補(bǔ)償?shù)▋H對(duì)低比例γ光子散射事件能起到散射補(bǔ)償效果；卷積處理法僅對(duì)核素空間均勻分布的檢測實(shí)驗(yàn)散射校正效果明顯；Monte Carlo模擬法準(zhǔn)確率高、效果好，但需要事先預(yù)知檢測過程中的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，這在實(shí)際檢測應(yīng)用中無法得到保證。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)上述γ光子多次散射校正存在的問題，本發(fā)明基于γ光子康普頓散射分布理論，提出一種基于空間分布擬合的γ光子多次散射校正方法，將γ光子多次散射分布看作是γ光子單次散射分布函數(shù)和多次散射高斯核函數(shù)的卷積，且γ光子單次散射高斯分布與γ光子多次散射高斯分布的方差之差為定值，將γ光子采樣數(shù)據(jù)按LoR在Root中的保存方式進(jìn)行投影，分別對(duì)離散的γ光子單次散射分布和多次散射分布進(jìn)行函數(shù)擬合，確定核函數(shù)的表達(dá)形式，計(jì)算探測系統(tǒng)中每個(gè)探測器對(duì)記錄的γ光子多次散射數(shù)目，最后將多次散射的γ光子從原始γ光子數(shù)據(jù)中剔除，達(dá)到γ光子多次散射校正的目的，提高了γ光子多次散射識(shí)別準(zhǔn)確性。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于空間分布擬合的γ光子多次散射校正方法，具體包括以下步驟：

步驟1：在三維數(shù)據(jù)采集模式下，基于探測器對(duì)A、B記錄的發(fā)生多次散射符合事件的γ光子對(duì)，建立γ光子多次散射校正數(shù)學(xué)模型；

步驟2：將空間三維坐標(biāo)系XYZ投影變換到LoR數(shù)據(jù)重組后的二維坐標(biāo)系Lθ，得出γ光子多次散射分布高斯核函數(shù)；

步驟3：計(jì)算探測器對(duì)A、B記錄的發(fā)生多次散射符合事件的γ光子對(duì)數(shù)目。

在三維數(shù)據(jù)采集模式下，基于探測器對(duì)A、B記錄的發(fā)生多次散射符合事件的γ光子對(duì)，建立γ光子多次散射校正數(shù)學(xué)模型：

步驟1-1：將空間坐標(biāo)系XYZ變換為極坐標(biāo)系令為核素空間分布函數(shù)，為衰減系數(shù)；

步驟1-2：每次γ光子散射事件屬于互相獨(dú)立事件，因此多次散射的概率密度完全可以按照獨(dú)立事件的方式進(jìn)行計(jì)算，令I(lǐng)_S(A，B)為γ光子單次散射分布函數(shù)，K_M(x，y，z)為γ光子多次散射概率分布高斯核函數(shù)，其計(jì)算公式如下：