[發明專利]一種康普頓相機成像的方法及裝置

在審

• 申請號: 202210464988.1
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114755710A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 肖永順;姚志陽
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01T1/36
• 分類號: G01T1/36
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產權代理有限公司 11319
• 代理人: 茍冬梅

本申請提供一種康普頓相機成像的方法及裝置，包括：探測光子源發射的多個光子事件的散射沉積能量和吸收沉積能量；根據散射沉積能量和吸收沉積能量，確定多個光子事件的真實總沉積能量的能譜區間；以預設步長將能譜區間劃分為多個能量點；根據多個能量點，確定指定三維空間內的各個體素，在多個光子事件的各個能量點下的體素權重；對每個體素在同一能量點下的所有光子事件的體素權重進行求和，獲得各個體素在各個能量點下的權重之和；通過預設判據，對各個體素的權重之和進行預設次數的迭代更新處理，獲得各個體素的更新權重之和；根據各個體素的更新權重之和，對光子源進行三維空間分布重建。旨在對放射源的空間分布和能量進行快速重建。

技術領域

本發明涉及康普頓相機成像放射性探測領域，特別是涉及一種康普頓相機成像的方法及裝置。

背景技術

目前，現有康普頓相機成像方法主要包括兩類：基于放射源的能譜先驗信息，通過預先設定的總能量窗口來篩選出適合用于重建的康普頓散射事件，以及，利用全能譜投影數據，將光子的能量作為重建的第四維度，實現多能放射源空間分布和能譜的同時重建。對于第一種，這類方法難以避免受到探測器固有能量分辨率和光子能量不完全沉積的影響，例如低能區的光子事件無法避免地存在高能區光子的不完全沉積事件，這些光子事件來源的固有誤差導致了重建質量的下降。此外，能窗符合區間相對于整個能譜區間的占比小，從而導致需要長時間的探測才能獲取足夠數量的符合重建要求的光子事。對于第二種，通過在迭代過程中將放射源的能量信息加入似然函數，通過計算包含總能量估計的四維系統矩陣，最終通過極大似然迭代的四維迭代來恢復沉積能量的同時實現空間放射源的重建。其計算復雜度為O(KN²M³)，式中K為設定的迭代次數，N為用于重建的事件數量，M為重建空間劃分的體素數量。極大似然法重建過程的計算量正比于重建空間的事件數的平方以及重建空間體素數量的三次方，因此每提升一個維度進行放射源能量重建時，計算復雜度大幅度提高。以能譜劃分的精度為50個窗口為例，該方法在四維重建時將額外增加50³倍需要迭代遍歷的體素數量，增加的計算復雜度約為125000倍，在放射源能量重建中耗時顯著增長。而且該方法在其四維系統矩陣的計算過程，無法在額外增加較小的計算復雜度的情況下將探測器的空間和能量測量偏差的影響進行修正，使得該方法難以在放射源空間分布和能量同時重建中實際應用。

發明內容

有鑒于此，一種康普頓相機成像的方法及裝置。旨在對放射源的空間分布和能量進行快速重建。

第一方面，本申請提供一種康普頓相機成像的方法，所述方法包括：

探測光子源發射的多個光子事件的散射沉積能量和吸收沉積能量；

根據所述多個光子事件各自的散射沉積能量和吸收沉積能量，確定所述多個光子事件各自的真實總沉積能量的能譜區間；

以預設步長將所述多個光子事件各自的能譜區間劃分為多個能量點；

根據所述多個光子事件各自的多個能量點，確定包含所述光子源的指定三維空間內的各個體素，分別在所述多個光子事件的各個能量點下的體素權重；

對每個體素在同一能量點下的所有光子事件的體素權重進行求和，獲得所述各個體素在各個能量點下的權重之和；

通過預設判據，對所述各個體素在各個能量點下的權重之和進行預設次數的迭代更新處理，獲得各個體素在各個能量點下的更新權重之和；

根據所述各個體素在各個能量點下的更新權重之和，對所述光子源進行三維空間分布重建，以實現對所述光子源的成像。

可選地，所述根據所述多個光子事件各自的散射沉積能量和吸收沉積能量，確定所述多個光子事件各自的真實總沉積能量的能譜區間，包括：

根據所述多個光子事件各自的散射沉積能量和吸收沉積能量，通過第一計算式，確定所述多個光子事件各自的真實散射沉積能量的范圍和真實吸收沉積能量的范圍；其中，所述第一計算式為：