一种基于正-反码双模的时间编码全景射线成像方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于正

【技术实现步骤摘要】
一种基于正
‑
反码双模的时间编码全景射线成像方法及系统


[0001]本专利技术涉及时间编码全景成像
，具体涉及一种基于正
‑
反码双模的时间编码全景射线成像方法及系统。

技术介绍

[0002]在核退役与核应急过程中，通常需要对复杂环境中的放射性物质进行测量，作为源项调查的关键技术之一，编码成像技术因其能够快速准确地定位放射源位置与强度分布特点，在核退役与核应急等领域受到了广泛关注。传统的位置编码成像技术通常采用首尾不相接的平面编码板，因此这类成像技术每次只能够对一定视场(FOV)范围内的放射源进行探测，并且这类技术通常需要数量较多的阵列探测器来保证其成像质量，成像设备价格昂贵、数据处理复杂。
[0003]在2014年，美国的Sandia实验室提出了一种时序编码成像技术，采用线阵探测器与旋转编码板，极大地降低了系统的制造成本，并对旋转编码板的图案采用随机编码的方式进行设计，通过最大似然与期望最大化(MLEM)算法对系统在一个旋转周期获得的时序投影像进行重建，实现了360度的全景中子成像。
[0004]在2019年，高能物理研究所开展了中子
‑
伽马全景成像方面的研究，该研究通过钨铜合金与高密度聚乙烯嵌套的方式形成编码板，并采用M
‑
P单编码方式对编码板图案进行设计，最终通过互相关重建算法实现了伽马源与中子源在水平方向约5度的角分辨率。
[0005]虽然这类技术均能够实现水平方向360度全景成像，但仍然存在一定的问题：/>[0006](1)目前时序编码成像技术通常采用单模编码板，这导致相同基本序列大小的成像系统，空间分辨率较低。
[0007](2)由于时序编码成像系统通常在复杂且未知的环境中进行，因此系统容易受到噪声和伪影的影响，会导致重建图像的信噪比变差。
[0008](3)单线阵探测器通常只能够对小范围的时序编码投影响应，不能同时对360度的辐射源进行编码成像，射线探测效率较低、成像测量时间较长。

技术实现思路

[0009]本专利技术的主要目的在于克服时序编码成像技术的现有缺陷，并提供了一种旋转编码板及射线探测器的设计方案，与使用相同基本序列的单编码序列相比，本专利技术在保持了编码板原有开孔率的基础上，既能够扩展水平方向序列的单元数、提升时序成像系统在水平方向上的空间分辨率，还能够抑制噪声和伪影对时序成像系统的影响、提升全景重建图像的信噪比，并通过设计射线探测器，来提升时序编码成像系统全景范围射线探测效率。
[0010]根据上述目的，本专利技术提供一种基于正
‑
反码双模的时间编码全景射线成像方法及系统。
[0011]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0012]一方面，本专利技术提供一种基于正
‑
反码双模的时间编码全景射线成像方法，包括以
下步骤：
[0013]步骤S1：根据编码板的开孔率确定编码图案所采用的乘积阵列M
‑
M编码H
MM
(i,j)，获得所述M
‑
M编码H
MM
(i,j)的水平方向与纵向序列的编码单元数。
[0014]步骤S2：根据所述水平方向与纵向序列的编码单元数生成编码板图案，将生成的所述编码板图案首尾相接，得到对应的圆柱形编码板。
[0015]步骤S3：将三棱柱形线阵探测器中心轴与所述圆柱形编码板的中心轴重合，以匀速步进的方式旋转所述圆柱形编码板至少一周，得到完整的时序编码投影
[0016]步骤S4：对所述投影进行预处理，获得各测量时序的中子伽马的投影像。
[0017]步骤S5：对预处理后的中子伽马投影像进行迭代重建，获得全景射线的重建图像。
[0018]进一步地，步骤S3之前还包括：根据所述编码图案的纵向序列单元数，确定三棱柱线阵探测器在所述三棱柱各纵向面的像素点个数及分布。
[0019]进一步地，步骤S4中，对所述投影进行预处理采用的是PSD中子伽马甄别方法。
[0020]进一步地，所述根据编码板的开孔率确定编码图案所采用的乘积阵列M
‑
M编码，其中，所述M
‑
M编码H
MM
(i,j)的计算式：
[0021]H
MM
(i,j)＝MURA(i)*MURA(j)，
[0022]其中，MURA(i)为水平方向编码序列，MURA(j)为纵向编码序列。
[0023]对于一维MURA编码序列，其编码单元数N
M
应为满足以下条件的质数：
[0024]N
M
＝4n+1n＝1,2,3...。
[0025]进一步地，所述获得所述M
‑
M编码H
MM
(i,j)的水平方向与纵向序列的编码单元数N
h
与N
v
后，采用两个基础序列组合的方式对编码板图案进行设计，通过中心对褶的方式和/或与对应的反码模式生成序列的另一半，其中水平方向与纵向的编码序列表示为：
[0026][0027][0028]进一步地，在所述以匀速步进的方式旋转所述圆柱形编码板至少一周的过程中，所述三棱柱形线阵探测器保持固定不动。
[0029]进一步地，根据所述水平编码序列MURA(i)的单元数，将编码板旋转至少一周的时间划分为若干个时间节点，以匀速步进的方式旋转所述圆柱形编码板，在不同的所述时间节点，外部射线源发出的射线会通过不同的编码板图案，得到对应的时序编码投影
[0030]另一方面，本专利技术提供一种基于正
‑
反码双模的时间编码全景射线成像系统，所述系统包括：圆形旋转平面、圆柱形编码板、三棱柱形线阵探测器以及旋转轴。
[0031]所述圆柱形编码板和三棱柱形线阵探测器放置于所述旋转平面上，所述旋转轴垂直于所述圆形旋转平面的圆心位置。
[0032]所述圆柱形编码板在旋转轴的带动下跟随所述圆形旋转平面一起运动。
[0033]所述三棱柱形线阵探测器的位置与朝向固定不变，不随所述圆柱形编码板的旋转而旋转。
[0034]进一步地，所述三棱柱形线阵探测器包括：闪烁晶体、光电探测器以及信号处理与位置运算电路。
[0035]所述闪烁晶体为透明的三棱柱形，位于所述三棱柱形线阵探测器的外表面。
[0036]所述光电探测器位于闪烁晶体下方，所述信号处理与位置运算电路与所述光电探测器链接，接收所述光电探测器的探测信号并执行对应的信号处理和位置运算。
[0037]进一步地，所述闪烁晶体为CLYC复合闪烁晶体。
[0038]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0039]1、本专利技术通过对编码板水平旋转方向采用双模编码方式，扩展了编码板在水平旋转方向的编码单元数，从而提升了时序编码成像系统在水平旋转方向的系统空间分辨率，并在双模编码的基础上采用了MURA正
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于正
‑
反码双模的时间编码全景射线成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：根据编码板的开孔率确定编码图案所采用的乘积阵列M
‑
M编码H
MM
(i,j)，获得所述M
‑
M编码H
MM
(i,j)的水平方向与纵向序列的编码单元数N
h
与N
v
；步骤S2：根据所述水平方向与纵向序列的编码单元数生成编码板图案，将生成的所述编码板图案首尾相接，得到对应的圆柱形编码板；步骤S3：将三棱柱形线阵探测器中心轴与所述圆柱形编码板的中心轴重合，以匀速步进的方式旋转所述圆柱形编码板至少一周，得到完整的时序编码投影步骤S4：对所述投影进行预处理，获得各测量时序的中子伽马的投影像；步骤S5：对预处理后的中子伽马投影像进行迭代重建，获得全景射线的重建图像。2.根据权利要求1所述的基于正
‑
反码双模的时间编码全景射线成像方法，其特征在于，所述步骤S3之前还包括：根据所述编码图案的纵向序列单元数，确定三棱柱线阵探测器在所述三棱柱各纵向面的像素点个数及分布。3.根据权利要求1所述的基于正
‑
反码双模的时间编码全景射线成像方法，其特征在于，所述步骤S4中，对所述投影进行预处理采用的是PSD中子伽马甄别方法。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的基于正
‑
反码双模的时间编码全景射线成像方法，其特征在于，所述根据编码板的开孔率确定编码图案所采用的乘积阵列M
‑
M编码，其中，所述M
‑
M编码H
MM
(i,j)的计算式：H
MM
(i，j)＝MURA(i)*MURA(j)，MURA(i)为水平方向编码序列，MURA(j)为纵向编码序列；对于一维MURA编码序列，其编码单元数N
M
应为满足以下条件的质数：N
M
＝4n+1n＝1，2，3...。5.根据权利要求1
‑
3任一项所述的基于正
‑
反码双模的时间编码全景射线成像方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张松柏，曹文田，汤适荣，陈杰，伍晓东，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：