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一种基于双探测器技术的 伽 马相机

阅读：676发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种基于双探测器技术的伽马相机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于双探测器技术的伽马相机，其特征在于，包括编码板、屏蔽体，以及读出电路、数据处理电路和重建电路，还包括位置灵敏探测器、能量灵敏探测器和光学相机，放射性物质射向探测区域的伽马射线经编码板后，位置灵敏探测器采集产生投影数据和第一能谱数据集，能量灵敏探测器采集产生第二能谱数据集，数据处理电路接收第一能谱数据集和第二能谱数据集，得到组合能谱数据，重建电路根据投影数据和组合能谱数据得到伽马辐射图像，光学相机获取可见光图像，与伽马相机生成的二维辐射图像集成，实现两种模态图像的精确配准与融合，利用组合能谱数据进行能谱解析，获得高分辨率的能谱图，并根据内置的核素库进行核素识别。，下面是一种基于双探测器技术的伽马相机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于双探测器技术的伽马相机，其特征在于，包括编码板、屏蔽体，以及读出电路、数据处理电路和重建电路，还包括位置灵敏探测器、能量灵敏探测器和光学相机，放射性物质射向探测区域的伽马射线经编码板后，位置灵敏探测器采集产生投影数据和第一能谱数据集，能量灵敏探测器采集产生第二能谱数据集，
数据处理电路接收第一能谱数据集和第二能谱数据集，根据第一能谱数据集和第二能谱数据集得到组合能谱数据，
重建电路接收投影数据和组合能谱数据，根据投影数据和组合能谱数据得到伽马辐射图像，
光学相机获取可见光图像，与伽马相机生成的二维辐射图像集成，实现两种模态图像的精确配准与融合，
利用组合能谱数据进行能谱解析，获得高分辨率的能谱图，并根据内置的核素库进行核素识别。
2.如权利要求1所述的伽马相机，其中，所述根据第一能谱数据集和第二能谱数据集得到组合能谱数据的具体过程如下：
首先伽马相机对标准核素样品进行探测，分别获取位置灵敏探测器和能量灵敏探测器检测到的第一能谱数据集A和第二能谱数据集B，分别计算能谱数据A和B的协方差矩阵，根据协方差矩阵计算相关系数α，再根据以下公式计算分别对应于第一能谱数据集A和第二能谱数据集B中的每个能谱数据的权重值xi和yi：
其中，N为第一能谱数据集A或第二能谱数据集B的能谱数据数量，
数据处理电路按照以下公式计算组合能谱数据C：
C＝xiA+yiB。
3.如权利要求2所述的伽马相机，其中，所述根据投影数据和组合能谱数据得到伽马辐射图像的具体过程如下
根据投影数据获取伽马相机探测到的伽马光子的总数量N，根据组合能谱数据获取伽马相机探测到的每个伽马光子的光子能量，其中第i个光子的能量为Ei，然后通过以下公式获取伽马光子平均能量Eave：
然后根据伽马光子平均能量Eave通过以下公式获取入射光子能量Epeak：
Epeak＝Eave×ae+be
其中，ae和be为根据实验数据拟合求得的拟合系数，
然后根据入射光子能量Epeak计算相应的传输矩阵，
根据传输矩阵对投影数据进行重建，以得到伽马辐射图像。

说明书全文

一种基于双探测器技术的伽 马相机

技术领域

[0001] 本发明涉及放射性物质检测领域，具体而言，涉及一种基于双探测器技术的伽马相机。

背景技术

[0002] 放射性物质的定位、辐射剂量测量、核素种类识别以及活度测量在核工业、核安全、环境保护、工业及医用放射源管理、公共安全等领域具有广泛的应用。

[0003] 传统的探测放射性物质的手段主要包括：放射性剂量仪、伽马能谱仪和伽马相机。其中，伽马相机是利用辐射探测技术对放射性物质进行探测的设备，探测来自放射性物质所在目标角平面各个方向入射的伽马光子，并实现放射性物质的二维平面分布成像。另外，伽马相机还可测量相机所在位置的伽马光子能谱，实现初步的伽马光子能谱解析和核素识别的功能。

[0004] 但是，传统的伽马相机利用位置灵敏探测器检测到的放射性物质的投影数据生成的辐射图像精度不高，虽然现有技术中也已存在利用位置灵敏探测器检测到的放射性物质的投影数据和能谱数据生成二维辐射图像的技术方案，但由于位置灵敏探测器获取的能谱数据并不准确，因此生成的二维辐射图像精度仍不高。

[0005] 现有技术通常采用能谱灵敏探测器实现更精确的能谱解析功能，但能谱灵敏探测器仅能用于能谱解析，不能实现放射性物质的二维平面分布成像，用途比较单一，并且采用能谱灵敏探测器进行能谱解析通常需要较长的探测时间。

发明内容

[0006] 本发明提供了一种基于双探测器技术的伽马相机，能提供精度更高的二维辐射图像，同时还能提供更精确的能谱解析功能，且花费的探测时间较短。

[0007] 为实现本发明的发明目的，本发明提供了一种基于双探测器技术的伽马相机，包括编码板、屏蔽体，以及读出电路、数据处理电路和重建电路，还包括位置灵敏探测器、能量灵敏探测器和光学相机，

[0008] 放射性物质射向探测区域的伽马射线经编码板后，位置灵敏探测器采集产生投影数据和第一能谱数据集，能量灵敏探测器采集产生第二能谱数据集，

[0009] 数据处理电路接收第一能谱数据集和第二能谱数据集，根据第一能谱数据集和第二能谱数据集得到组合能谱数据，

[0010] 重建电路接收投影数据和组合能谱数据，根据投影数据和组合能谱数据得到伽马辐射图像，

[0011] 光学相机获取可见光图像，与伽马相机生成的二维辐射图像集成，实现两种模态图像的精确配准与融合，

[0012] 利用组合能谱数据进行能谱解析，获得高分辨率的能谱图，并根据内置的核素库进行核素识别。

[0013] 其中，所述根据第一能谱数据集和第二能谱数据集得到组合能谱数据的具体过程如下：

[0014] 首先伽马相机对标准核素样品进行探测，分别获取位置灵敏探测器和能量灵敏探测器检测到的第一能谱数据集A和第二能谱数据集B，分别计算能谱数据A和B的协方差矩阵，根据协方差矩阵计算相关系数α，再根据以下公式计算分别对应于第一能谱数据集A和第二能谱数据集B中的每个能谱数据的权重值xi和yi：

[0015]

[0016] 其中，N为第一能谱数据集A或第二能谱数据集B的能谱数据数量，[0017] 数据处理电路按照以下公式计算组合能谱数据C：

[0018] C＝xiA+yiB。

[0019] 其中，所述根据投影数据和组合能谱数据得到伽马辐射图像的具体过程如下[0020] 根据投影数据获取伽马相机探测到的伽马光子的总数量N，根据组合能谱数据获取伽马相机探测到的每个伽马光子的光子能量，其中第i个光子的能量为Ei，然后通过以下公式获取伽马光子平均能量Eave：

[0021]

[0022] 然后根据伽马光子平均能量Eave通过以下公式获取入射光子能量Epeak：

[0023] Epeak＝Eave×ae+be

[0024] 其中，ae和be为根据实验数据拟合求得的拟合系数，

[0025] 然后根据入射光子能量Epeak计算相应的传输矩阵，

[0026] 根据传输矩阵对投影数据进行重建，以得到伽马辐射图像。

[0027] 利用本发明的基于双探测器技术的伽马相机，在对放射性物质进行高精度定位成像的同时，能以较高的分辨率和较短的时间对放射性物质进行能谱解析，从而起到识别放射性物质核素类型的作用。

[0028] 通过参照以下附图及对本发明的具体实施方式的详细描述，本发明的特征及优点将会变得清楚。

附图说明

[0029] 图1显示了本发明的伽马相机的结构示意图；

[0030] 图2显示了本发明的伽马相机的工作原理的示意性框图。

具体实施方式

[0031] 本发明的实施方式提供了一种基于双探测器技术的伽马相机，设置位置灵敏探测器和能谱灵敏探测器两种探测器，利用能谱灵敏探测器获得更准确的能谱数据，从而在对放射性物质进行高精度定位成像的同时，能以较高的分辨率和较短的时间对放射性物质进行能谱解析。

[0032] 下面结合附图1-2对本发明的技术方案进行详细说明。

[0033] 图1显示了本发明的伽马相机的结构示意图，图2显示了本发明的伽马相机的工作原理的示意性框图。

[0034] 伽马相机1包括编码板、屏蔽体，以及读出电路、数据处理电路和重建电路，还包括位置灵敏探测器10、能量灵敏探测器30和光学相机20。

[0035] 放射性物质射向探测区域的伽马射线经编码板后，由位置灵敏探测器采集，位置灵敏探测器将获取的探测器数据转化为电信号，由读出电路进行采集，根据入射的伽马光子能量及其相应的探测作用位置重组产生投影数据，并根据入射的伽马光子在伽马相机的探测器中沉积能量生成第一能谱数据集。

[0036] 同时，能量灵敏探测器检测放射性物质射向探测区域的伽马射线，将获取的探测器数据转化为电信号，由读出电路进行采集，产生第二能谱数据集。

[0037] 数据处理电路接收第一能谱数据集和第二能谱数据集，根据第一能谱数据集和第二能谱数据集得到组合能谱数据。具体过程如下：

[0038] 首先伽马相机对标准核素样品进行探测，分别获取位置灵敏探测器和能量灵敏探测器检测到的第一能谱数据集A和第二能谱数据集B，分别计算能谱数据A和B的协方差矩阵，根据协方差矩阵计算相关系数α，再利用相关系数α计算分别对应于第一能谱数据集A和第二能谱数据集B中的每个能谱数据的权重值xi和yi，相关系数α与权重值xi和yi的关系式如下：

[0039]

[0040] 其中，N为第一能谱数据集A或第二能谱数据集B的能谱数据数量。

[0041] 数据处理电路按照以下公式计算组合能谱数据C：

[0042] C＝xiA+yiB

[0043] 重建电路接收投影数据和组合能谱数据，根据组合能谱数据获取入射伽马光子的能量峰，并根据投影数据和入射伽马光子能量峰重建得到伽马辐射图像。具体过程如下：

[0044] 根据投影数据获取伽马相机探测到的伽马光子的总数量N，根据组合能谱数据获取伽马相机探测到的每个伽马光子的光子能量，其中第i个光子的能量为Ei，然后通过以下公式获取伽马光子平均能量Eave：

[0045]

[0046] 然后根据伽马光子平均能量Eave通过以下公式获取入射光子能量Epeak：

[0047] Epeak＝Eave×ae+be

[0048] 其中，ae和be为根据实验数据拟合求得的拟合系数。

[0049] 然后根据入射光子能量Epeak计算相应的传输矩阵。传输矩阵是预定义的与入射光子能量相关的函数，即传输矩阵与入射光子能量具有对应关系，根据入射光子能量Epeak可以获得相应的传输矩阵。

[0050] 然后根据传输矩阵对投影数据进行重建，以得到伽马辐射图像。

[0051] 由于本发明利用能谱灵敏探测器获取的能谱数据与位置灵敏传感器获取的能谱数据获得组合能谱数据，因此与传统的伽马相机仅利用位置灵敏传感器获取能谱数据相比，能得到更准确的光子能量，由此得到更准确的传输矩阵，使重建生成的辐射图像能更精确。

[0052] 光学相机获取可见光图像，与伽马相机生成的二维辐射图像集成，实现两种模态图像的精确配准与融合。本发明在伽马相机周围设置多台光学相机，同时获取可见光图像，通过对所得多幅可见光图像进行分析和处理，生成一幅与伽马辐射图像无视差的可见光图像，从而可以将可见光图像与放射性热点分布图像结合，有利于工作人员对放射性物质进行实时定位。

[0053] 另一方面，利用组合能谱数据进行能谱解析，可以获得高分辨率的能谱图，并根据内置的核素库进行核素识别。由于本发明采用位置灵敏探测器和能量灵敏探测器同时采集能谱数据，因此与单独采用能谱探测器采集能谱数据相比，仅需要较短的时间就可以捕获足够数量的伽马光子，从而在较短的时间内进行高精度的能谱解析和核素识别。

[0054] 以上所描述的仅是说明性，并且要理解的是，本文所描述的布置和细节的修改和变化对于本领域技术人员而言将是明显的，在没有脱离本发明的发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明保护范围之内。因此，意在仅由所附权利要求的范围而不是由通过以上描述和解释的方式所呈现的特定细节来限制。

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