编码射线相机响应函数自适应修正系统及其修正方法技术方案

本发明专利技术公开了编码射线相机响应函数自适应修正系统及其修正方法，修正系统包括辐射探测器、编码式射线屏蔽组件、响应函数自适应修正系统、图像重建系统以及待测放射源，辐射探测器对经过编码式射线屏蔽组件的放射性粒子进行探测，获得放射性粒子的测量计数，响应函数自适应修正系统接收辐射探测器传来的放射性粒子的测量计数信息，并对预置的响应函数进行优化矫正，使归一化的放射性粒子的测量计数信息与修正后的响应函数之间的方差保持一致，图像重建系统利用修正后的响应函数对放射源位置进行重建。本发明专利技术提升了装置的空间分辨率，能应用失控放射源的探测与定位成像，在特殊核材料检测、防止核扩散、打击核恐怖主义等领域具有重要的应用价值。领域具有重要的应用价值。领域具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
编码射线相机响应函数自适应修正系统及其修正方法


[0001]本专利技术属于辐射探测及成像领域，具体涉及编码射线相机响应函数自适应修正系统及其修正方法。

技术介绍

[0002]编码孔径射线相机在深空探测、核医学及寻找失控放射源等领域有着广泛应用，在其基础上，又发展出了时序编码射线相机，通过旋转或移动编码孔板来实现对放射源在不同空间位置的响应差异，摆脱了对阵列式探测器的依赖。原理上看，两类装置均需通过编码式射线屏蔽组件对入射射线进行屏蔽，而屏蔽率会随着入射射线能量的变化而发生改变。
[0003]所谓装置的响应函数，对于编码孔径射线相机而言，是指阵列探测器某一像素单元对装置视场中各位置的探测效率；对于时序编码射线相机而言，是指探测器在对装置视场中各位置的探测效率；在诸多应用中，放射源发射的射线能量是未知的，但能量对响应函数的影响很大，如图2所示，理想模型是假设射线屏蔽组件未开孔位置对任何能量的射线的屏蔽率均为100%，并且探测器为点探测器时的响应函数；点探测器模型是指射线屏蔽组件对射线的屏蔽率不为100%，并且随射线的能量变化而变化，这是更符合真实情况的；真实模型在点探测器模型的基础上，考虑了探测器尺寸的影响。从图中可以看出射线能量会对响应函数的形状造成很重要的影响，尤其是对响应函数幅度的影响。而在所测量放射源能量未知的情形下，装置的响应函数通常是通过蒙特卡洛模拟对典型能量的射线模拟计算获得的，这与真实测量过程中的响应难免存在差异，增加测量的不准确性。本专利技术可实现在放射源能量未知的情形下，在预置响应函数的基础上结合测量结果对响应函数进行自适应修正，克服能量差异对响应函数带来的影响，很大程度上提高了响应函数的准确性，从而实现更好的图像重建效果；可用于射线屏蔽式编码射线相机与时序编码射线相机的响应函数自适应优化。该方法在核医学、寻找失控放射源等领域具有广泛的、重要的应用前景。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是针对编码射线相机在面临未知能量放射源探测时的响应函数不准确的问题。具体方案如下：为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：编码射线相机响应函数自适应修正系统，其特征是：包括辐射探测器、编码式射线屏蔽组件、响应函数自适应修正系统、图像重建系统以及待测放射源，所述的待测放射源能向编码式射线屏蔽组件发射放射性粒子，编码式射线屏蔽组件上设置有编码条孔，所述的部分放射性粒子能通过编码条孔经过编码式射线屏蔽组件，其余放射性粒子则被编码式射线屏蔽组件吸收，辐射探测器对经过编码式射线屏蔽组件的放射性粒子进行探测，获得放射性粒子的测量计数，所述的辐射探测器与响应函数自适应修正系统连接，所述的响应函数自适应修正系统与图像重建系统连接，所述的响应函数自适应修正系统接收辐射探测器
传来的放射性粒子的测量计数信息，并对预置的响应函数进行优化矫正，使归一化的放射性粒子的测量计数信息与修正后的响应函数之间的方差保持一致，图像重建系统利用修正后的响应函数对放射源位置进行重建。
[0005]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：编码式射线屏蔽组件位于辐射探测器与待测放射源之间，辐射探测器为有机闪烁体探测器或无机闪烁体探测器。
[0006]待测放射源发射的放射性粒子为伽马射线。
[0007]编码式射线屏蔽组件为铅材料制作。
[0008]待测放射源发射的放射性粒子为中子。
[0009]编码式射线屏蔽组件为含硼聚乙烯材料制作。
[0010]辐射探测器为编码射线相机。
[0011]编码射线相机响应函数自适应修正方法，具体修正方法如下：辐射探测器对经过编码式射线屏蔽组件的射线进行探测；将辐射探测器的视场分为1,2,3
…
i
…
I，共I个像素点，其中辐射探测器对第i个位置处的响应函数记为，由蒙特卡洛软件通过确定能量的射线进行模拟计算得到相机对此像素的响应函数，对各像素响应函数值的平均值记作；在实验测量时，当编码式射线屏蔽组件移动i个像素位置后，停留一定时间，辐射探测器在此时间段内测量到的放射性粒子测量计数个数记作，移动完所有位置后的放射性粒子测量计数平均值记作；辐射探测器对空间中不同位置的放射源的响应不同，响应幅度差异与射线能量相关，即在实际测量中的放射源能量与蒙特卡洛模拟中的射线能量很可能不同；因此需要对响应函数自适应修正系统的响应函数进行优化矫正，使放射性粒子测量计数与修正后的响应函数之间的方差相等，响应函数自适应修正系统根据下式对预置响应函数根据测量结果来修正：式中， 为装置对i处的响应值，为响应函数的平均值，为对i位置处的测量计数值，为测量计数平均值，为修正后的响应函数，在修正前应对响应函数与放射性粒子测量计数值均做归一化处理，修正后的响应函数与计数值序列之间的方差保持一致，即计数值与修正后响应函数值的振幅相同；利用修正后的响应函数对放射源位置进行重建。
[0012]利用修正后的响应函数对放射源位置进行重建的具体方法为：采用最大似然期望最大化法对图像进行重建：式中，“*”表示卷积运算；
“”
表示相关运算；为第k次迭代后的图像估计值；
为探测器测量的计数序列。
[0013]本专利技术具有以下效果：该方法针对编码射线相机在面临未知能量放射源探测时的响应函数不准确的问题，结合测量计数对响应函数进行自适应修正，减小了射线能量差异对响应函数准确性的影响，提升了装置的空间分辨率。该方法可以应用失控放射源的探测与定位成像，在特殊核材料检测、防止核扩散、打击核恐怖主义等领域具有十分重要的应用价值。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的装置示意图；图2是本专利技术实施响应函数原理图；图3是本专利技术实施例修正前后角度分辨率变化；图4是本专利技术实施例修正前后放射源位置图像重建结果。
[0015]附图标记为：辐射探测器1、编码式射线屏蔽组件2、响应函数自适应修正系统3、图像重建系统4、待测放射源5。
具体实施方式
[0016]以下结合附图对本专利技术的实施例作进一步详细描述。
[0017]参考图1所示的示例，包括辐射探测器1、编码式射线屏蔽组件2、响应函数自适应修正系统3、图像重建系统4以及待测放射源5。
[0018]其中，辐射探测器1为直径为3cm，长度为3cm的CLYC闪烁体探测器；由该探测器记录编码式射线屏蔽组件移动到不同位置时探测器记录到的中子与伽马射线计数。
[0019]编码式射线屏蔽组件2材料由内层金属铅及外层含硼聚乙烯组成，其中内层金属铅的厚度为1cm，用于屏蔽伽马射线；外层含硼聚乙烯的厚度为6cm ，用于屏蔽伽马射线； 编码式射线屏蔽组件位于待测放射源与辐射探测器之间，测试过程中匀速移动。
[0020]该系统的预置响应函数根据辐射探测器与编码式射线屏蔽组件尺寸与相对位置搭建蒙特卡洛模型，在蒙特卡洛模拟中的伽马放射源与中子源分别设置为Cs
‑
137源与Cf
‑
252中子源。
[0021]编码射线相机响应函数自适应修正方法，具体修正方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.编码射线相机响应函数自适应修正系统，其特征是：包括辐射探测器(1)、编码式射线屏蔽组件(2)、响应函数自适应修正系统(3)、图像重建系统(4)以及待测放射源(5)，所述的待测放射源(5)能向编码式射线屏蔽组件(2)发射放射性粒子，编码式射线屏蔽组件(2)上设置有编码条孔，所述的部分放射性粒子能通过编码条孔经过编码式射线屏蔽组件(2)，其余放射性粒子则被编码式射线屏蔽组件(2)吸收，辐射探测器(1)对经过编码式射线屏蔽组件(2)的放射性粒子进行探测，获得放射性粒子的测量计数，所述的辐射探测器(1)与响应函数自适应修正系统(3)连接，所述的响应函数自适应修正系统(3)与图像重建系统(4)连接，所述的响应函数自适应修正系统(3)接收辐射探测器(1)传来的放射性粒子的测量计数信息，并对预置的响应函数进行优化矫正，使归一化的放射性粒子的测量计数信息与修正后的响应函数之间的方差保持一致，图像重建系统利用修正后的响应函数对放射源位置进行重建。2.根据权利要求1所述的编码射线相机响应函数自适应修正系统，其特征是：所述的编码式射线屏蔽组件(2)位于辐射探测器(1)与待测放射源(5)之间，辐射探测器(1)为有机闪烁体探测器或无机闪烁体探测器。3.根据权利要求1所述的编码射线相机响应函数自适应修正系统，其特征是：所述的待测放射源(5)发射的放射性粒子为伽马射线。4.根据权利要求1所述的编码射线相机响应函数自适应修正系统，其特征是：所述的编码式射线屏蔽组件(2)为铅材料制作。5.根据权利要求1所述的编码射线相机响应函数自适应修正系统，其特征是：所述的待测放射源(5)发射的放射性粒子为中子。6.根据权利要求1所述的编码射线相机响应函数自适应修正系统，其特征是：所述的编码式射线屏蔽组件(2)为含硼聚乙烯材料制作。7.根据权利要求1所述的编码射线相机响应函数自适应修正系统，其特征是：所述的辐射探测器(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾文宝，赵冬，黑大千，程璨，梁旭文，张荣华，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：